形成长期记忆需要神经细胞损伤
就像不打破鸡蛋就无法制作煎蛋卷一样，阿尔伯特·爱因斯坦医学院的科学家们发现，如果没有 DNA 损伤和大脑炎症，就无法形成长期记忆。他们令人惊讶的发现今天在线发表在《自然》杂志上。
“大脑神经元的炎症通常被认为是一件坏事，因为它可能导致阿尔茨海默氏症和帕金森氏病等神经系统问题，”研究负责人Jelena Radulovic 医学博士、博士说。多米尼克·P·普尔普拉神经科学系教授、精神病学和行为科学教授，以及爱因斯坦神经科学西尔维娅和罗伯特·S·奥尔尼克主席。 “但我们的研究结果表明，大脑海马区某些神经元的炎症对于形成持久记忆至关重要。”
海马体长期以来被认为是大脑的记忆中心。 Radulovic 博士和她的同事发现，刺激会在某些海马神经元内引发 DNA 损伤和修复的循环，从而形成稳定的记忆组件——代表我们过去经历的脑细胞簇。伊丽莎白·伍德，博士学生和拉杜洛维奇实验室的博士后安娜·西瓦里克(Ana Cicvaric)是爱因斯坦研究所这项研究的第一作者。
从电击到稳定的记忆
研究人员通过给予小鼠短暂、温和的电击，足以形成电击事件的记忆(情景记忆)，从而发现了这种记忆形成机制。然后他们分析了海马区的神经元，发现参与重要炎症信号通路的基因已被激活。
“我们观察到 Toll 样受体 9 (TLR9) 通路相关基因的强烈激活，”蒙特菲奥里爱因斯坦(PRIME)精神病学研究所所长 Radulovic 博士说。 “这种炎症途径最著名的是通过检测病原体 DNA 的小片段来触发免疫反应。所以一开始我们假设 TLR9 通路被激活是因为小鼠受到了感染。但更仔细地观察，我们惊讶地发现，TLR9 仅在显示 DNA 损伤的海马细胞簇中被激活。”
大脑活动通常会引起 DNA 的微小断裂，这些断裂在几分钟内就会被修复。但在这群海马神经元中，DNA 损伤似乎更加严重和持续。
触发炎症产生记忆
进一步分析表明，DNA片段以及DNA损伤产生的其他分子从细胞核中释放出来，之后神经元的TLR9炎症通路被激活;这条途径反过来刺激 DNA 修复复合物在一个不寻常的位置形成：中心体。这些细胞器存在于大多数动物细胞的细胞质中，对于协调细胞分裂至关重要。但在不分裂的神经元中，受刺激的中心体参与了 DNA 修复循环，似乎将单个神经元组织成记忆组件。
“数百万年来，细胞分裂和免疫反应在动物生命中高度保守，使生命能够继续，同时提供免受外来病原体侵害的保护，”拉杜洛维奇博士说。 “在进化过程中，海马神经元似乎已经采用了这种基于免疫的记忆机制，通过将免疫反应的 DNA 感应 TLR9 通路与 DNA 修复中心体功能相结合，形成记忆，而无需进展到细胞分裂。”
抵抗外部信息的输入
在完成炎症过程所需的一周内，小鼠记忆编码神经元被发现以各种方式发生了变化，包括对新的或类似的环境刺激变得更加抵抗。 “这一点值得注意，”拉杜洛维奇博士说，“因为我们不断地被信息淹没，而编码记忆的神经元需要保存它们已经获得的信息，而不是被新的输入&luo;分散注意力&ruo;。”
重要的是，研究人员发现，阻断海马神经元中的 TLR9 炎症通路不仅会阻止小鼠形成长期记忆，还会导致严重的基因组不稳定，即这些神经元中 DNA 损伤的频率很高。
“基因组不稳定被认为是加速衰老以及癌症、精神疾病和神经退行性疾病(如阿尔茨海默病)的标志，”拉杜洛维奇博士说。 “抑制 TLR9 通路的药物已被提议用于缓解长期新冠肺炎的症状。但需要谨慎，因为完全抑制 TLR9 通路可能会带来重大的健康风险。”
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