日前(7日)，美國史丹福大學(Stanford University)研究團隊運用空間轉錄體學(Spatial transcriptomics)、單細胞轉錄體學分析大腦中的情緒中心──杏仁核(BLA)在長期記憶形成中所扮演的角色，發現其中的星狀膠質細胞(astrocyte)與長期記憶形成息息相關，揭開一層大腦的神秘面紗，有望幫助阿茲海默症等疾病的療法開發。該研究發表於《Nature》。
 
雖然先前研究已知學習與短期記憶中的關鍵轉錄因子，如CREB，而長期記憶雖然與基因表現變化有關，但確切與哪些細胞類型和大腦不同腦區間的轉錄過程並不清楚。
 
研究團隊運用高解析度的空間轉錄體學、單細胞轉錄體學，全面分析小鼠長期記憶形成的轉錄體變化，並以恐懼制約實驗模式(Fear Conditioning)的行為實驗來判斷小鼠記憶是否形成。
 
實驗發現，去除小鼠杏仁核後，恐懼的短期和長期記憶均會消除，而在恐懼條件學習下，抑制杏仁核中的蛋白質合成則會讓長期記憶無法形成，但不會影響短期記憶。
 
研究人員在杏仁核中的特定神經元和星狀膠質細胞群中發現，神經胜肽(neuropeptide)、腦源性神經營養因子(BDNF)信號傳導、MAPK與活化CREB、泛素化途徑以及突觸連接是長期記憶組成的關鍵，並確定了Penk表現量增加與Tac表現量降低與長期記憶形成有關。
 
研究人員運用單細胞定序、空間轉錄體學深入研究在記憶形成時會活化的記憶痕跡細胞(engram cell)，發現特定神經元與相鄰的星狀膠質細胞會產生協同作用，與長期記憶形成息息相關。
 
研究人員進一步運用基因編輯技術抑制星狀膠質細胞的活化，發現會導致小鼠記憶形成的能力降低，顯示星狀膠質細胞可調節神經元功能，並促進記憶的形成。
 
研究團隊還發現，不同大腦區域在長期恐懼記憶形成的過程中，活化的細胞類型與分子程序相似，顯示長期記憶的形成與儲存可能仰賴大腦內不同區域間的協調。
 
不過，研究人員也指出，雖然瞭解到長期記憶形成的關鍵分子，但是這些分子如何在細胞內相互作用，其詳細機制還需要更進一步研究。
 
但是，此項研究已經為神秘的大腦機轉揭開一層面紗，未來有望轉化成治療阿茲海默症等記憶相關疾病的療法。
 
論文：https://doi.org/10.1038/s41586-023-07011-6
 
(編譯/李林璦)