北京時間2021年11月16日凌晨0時，陸軍軍醫大學基礎醫學院張寬課題組、諶小維課題組與德國慕尼黑工業大學團隊等合作，在《自然—神經科學》上發表論文，發現學習過程可誘導皮層星形膠質細胞產生新的鈣訊號，該訊號由尼古丁受體所介導，對記憶維持至關重要。
記憶是如何維持的？對其詳細機制尚不清楚，相關研究主要集中於神經元在記憶維持中的作用。
研究發現，記憶的維持需要在特定神經環路中，神經元之間形態和功能連線（突觸連線）的增強。因此，任何能夠改變神經元突觸連續強度的因素，都可能影響記憶維持。
星形膠質細胞是哺乳動物大腦內分佈最廣泛的一種細胞型別。它可以透過調控胞內鈣離子濃度而對神經元的活動產生應答，進而釋放“膠質遞質”，並調控突觸功能。
另外，星形膠質細胞還表達多種型別的神經遞質受體。透過這些受體，它可對包括聲音、光線、氣味及痛覺在內的多種感覺刺激產生“鈣應答”。因此，它很可能參與了記憶的形成和維持。
但是，由於技術手段限制，很難在活體動物對單個星形膠質細胞進行識別，更無法在整個學習記憶過程中，同步記錄星形膠質細胞鈣訊號的動態過程。
圖1. 恐懼學習訓練可誘導星形膠質細胞產生鈣訊號
“近年來，透過與其他團隊合作，我們成功開發了星形膠質細胞雙光子活體鈣成像技術，可以在群體細胞-單細胞-亞細胞（細胞突起或終足）多個尺度上，實現對活體動物大腦星形膠質細胞鈣訊號的功能成像和分析。我們還開發了自由清醒動物星形膠質細胞鈣訊號光纖記錄技術，實現了對動物行為和星形膠質細胞鈣活動的同步記錄。”論文第一作者張寬告訴《中國科學報》。
圖2. 恐懼學習訓練可誘導自由清醒動物星形膠質細胞產生鈣訊號
利用這些技術條件，作者首次發現了學習過程所誘導的星形膠質細胞鈣訊號。該訊號被由感覺刺激啟用的星形膠質細胞尼古丁受體所介導，與記憶行為同步維持或消失。特異性敲除星形膠質細胞尼古丁受體可明顯破壞記憶維持過程。
圖3. 星形膠質細胞學習相關鈣訊號可長期維持
張寬表示，研究結果表明星形膠質細胞尼古丁受體對於記憶維持十分重要。這為人們理解記憶維持的機制闡明瞭新方向，也為記憶功能障礙干預提供了新靶標。
圖4. 特異性敲除星形膠質細胞尼古丁受體降低恐懼記憶行為
“未來，我們將繼續圍繞星形膠質細胞在多種認知行為中的生理功能開展研究。同時，結合多種神經退行性疾病模型，探討其星形膠質細胞病理生理機制以及其潛在的星形膠質細胞干預靶點。”他說。
影片：足底電擊所誘發的小鼠聽覺皮層星形膠質細胞鈣訊號（活體雙光子顯微鈣成像）
該工作第一作者為陸軍軍醫大學張寬，最後通訊作者為陸軍軍醫大學諶小維，共同第一和共同通訊作者分別為德國慕尼黑工業大學Rita Förster和Arthur Konnerth。合作團隊還包括：重慶大學醫學院神經智慧研究所廖祥組，復旦大學基礎醫學院秦松組，空軍軍醫大學基礎醫學院陳濤組，蘇黎世大學蘇黎世神經科學中心Bruno Weber組，廣西大學腦與智慧研究中心等；此工作得到國家重點研發計劃(青年科學家專案)，國家自然科學基金，國家留學基金委，重慶市科技局，歐洲研究理事會基金，德國科學基金會資助。
張寬課題組近10多年來，與諶小維課題組等合作，聚焦“星形膠質細胞病理生理機制和再生”這一方向，取得以下成果：1. 技術創新---建立星形膠質細胞活體鈣成像新技術 (2020. Front. Cell. Neurosci. 最後通訊作者）；2.理論創新---闡明星形膠質細胞參與記憶的新機制（2021. Nature Neuroscience；第一作者)；3.應用創新---揭示移植星形膠質細胞修復替代的新作用（2016，Cerebral Cortex，封面文章，第一作者；2017，Glia，封面文章，共同通訊作者）。張寬目前為國家重點研發計劃“青年首席科學家”，“陸軍科技英才”獲得者，擔任中國生理學會青年工作委員會委員，Neuroscience Bulletin雜誌青年編委，Military Medical Research雜誌青年編委。課題組長期招聘博士後，且歡迎優秀研究生報考。簡歷投遞（有意者請將個人簡歷等材料發至）：[email protected]
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https://doi.org/10.1038/s41593-021-00949-8
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