Nature子刊解析長期記憶形成機制

　　來自Gladstone研究所的科學家們揭示了一種稱作為Arc的蛋白質調控神經元活性的機制，提供了與大腦形成長期記憶能力有關的一些線索。這些報道在本周《自然神經科學》(Nature Neuroscience)雜志上的研究發現，也讓研究人員重新認識了當這一過程遭受破壞時分子水平上所發生的事件。

　　在Gladstone研究所資深研究員Steve Finkbeiner博士的領導下，該研究深入探究了突觸的內部運作機制。突觸具有高度特化的功能：處理和傳遞神經元之間的信息。盡管我們大腦大多數的突觸在大腦發育早期就已形成，但在我們的整個生命過程中，還是有突觸生成、遭受破壞以及增強。突觸越活躍則變得越強，這一過程對于形成新記憶至關重要。然而，這一過程也是危險的，其可以過度刺激神經元，導致癲癇發作。因此它必須受到控制。

　　近期神經科學家們發現了大腦維持這一重要平衡的一個關鍵機制：他們將這一過程稱之為“穩態縮放”( homeostatic scaling)。“穩態縮放使得每個神經元可以增強它們建立的新突觸連接從而形成記憶，同時它還防止了神經元變得過度興奮。盡管研究人員并不清楚神經元實現這一過程的確切機制，但他們懷疑Arc發揮了關鍵的作用。

　　Finkbeiner博士說：“科學家們知道Arc與長期記憶有關，因為缺失Arc蛋白的小鼠可以學習新任務，但在第二天就會忘記它們。由于初期的觀察結果表明學習過程中Arc在突觸中發生了累積，研究人員認為Arc存在于這些突觸中驅動了長期記憶形成。”

　　但Finkbeiner博士和研究小組認為，還有一些別的東西在起作用。在實驗室實驗中，研究人員首先利用動物模型，隨后又在培養皿中更詳細地追蹤了Arc的變化。觀測結果讓他們感到非常的驚訝。

　　論文的主要作者Erica Korb 博士說：“當記憶過程中個別神經元受到刺激時，Arc開始在突觸中累積，但我們發現不久之后，大多數的Arc穿梭進入到細胞核中。更深入的觀察揭示，Arc蛋白的三個區域支配了它的移動：一個將Arc送出細胞核，第二個將它送入細胞核，第三個讓它維持在原地。這一復雜和緊密調控系統的存在，強有力地證實了這一過程具有重要的生物學意義。”

　　事實上，研究小組的實驗表明，Arc充當了整個穩態縮放過程的主調控因子。在記憶形成過程中，某些基因在非常特異的時間被開啟和關閉，生成的一些蛋白質幫助了神經元儲存新記憶。作者們發現在細胞核內支配這一過程的Arc是穩態縮放發生的必要條件。通過穩態縮放增強了突觸連接，并且沒有過度刺激它們，由此將學習轉化為了長期的記憶。

　　Finkbeiner博士說：“這一研究發現具有重要的意義，不僅因為它解答了長期以來關于Arc在長期記憶形成中所起作用這一謎題，還提供了有關穩態縮放過程的新認識，其遭到破壞與大量的神經系統疾病相關聯。例如，近期科學家們發現，阿爾茨海默氏癥患者大腦記憶中心海馬中的Arc耗竭。有可能使穩態縮放過程遭受破壞，導致了阿爾茨海默氏癥的學習和記憶缺陷。”

　　Arc生成和輸送異常也可能是自閉癥的一個重要作用因素。例如，遺傳性疾病脆性X綜合征，就直接影響了神經元中Arc的生成。

　　Korb博士說：“在未來，我們希望進一步研究Arc在人類健康和疾病中的作用，從而更深入地了解這些以及其他的疾病，為開發對抗這些疾病的新治療策略奠定基礎。”