
长期以来,记忆研究主要聚焦于神经元,而星形胶质细胞被视为被动支持细胞。韩国基础科学研究所(IBS)记忆与胶质科学中心的Koh Wuhyun博士领导的研究团队,联合韩国脑研究所(KBRI),发现星形胶质细胞通过一种名为锚蛋白-2(Ank2)的关键支架蛋白,主动决定长期记忆的维持。该研究发表于《自然》杂志,揭示了星形胶质细胞在记忆稳定中的主动调控作用。
研究团队首先鉴定出Ank2蛋白在星形胶质细胞中高度表达,并作为记忆持久性的核心调控因子。为了验证星形胶质细胞是否直接参与长期记忆维持,他们构建了星形胶质细胞特异性Ank2敲除小鼠。这些小鼠在运动能力、焦虑样行为、社交性和近期记忆方面表现正常,但在两周后的远程记忆测试中表现出显著损伤。这表明记忆的形成和长期维持依赖于不同的生物学机制,挑战了传统的以神经元为中心的记忆存储理论。
进一步研究发现,缺乏Ank2的星形胶质细胞结构显著简化,与附近印记神经元的物理接触减少。印记神经元是存储特定记忆的特化神经元,这些学习依赖的接触被认为有助于稳定长期维持记忆的神经回路。此外,与长期记忆相关的长时程增强(LTP)维持过程选择性受损,而正常的突触传递未受影响。这些发现表明,星形胶质细胞主动帮助稳定记忆形成后长期维持所需的神经回路。
在分子机制层面,研究团队发现Ank2是脑源性神经营养因子(BDNF)通过星形胶质细胞TrkB.T1受体和IP3R2介导的钙信号通路所必需的。当Ank2缺失时,钙信号减弱,星形胶质细胞无法进行正常的结构重塑,其与记忆编码神经元的接触维持能力受损。研究还证实,海马区BDNF输注通常能增强长期记忆持久性,但在星形胶质细胞Ank2缺失后这一效应消失,表明Ank2是BDNF依赖性记忆稳定的关键。
为了验证星形胶质细胞BDNF信号单独是否足以增强记忆,研究团队开发了一种名为Opto-T1的新型光遗传学工具,能够选择性地用光激活星形胶质细胞中的TrkB.T1信号。激活该通路促进了星形胶质细胞重塑,维持了长时程增强,并显著增强了远程记忆,而不影响近期记忆。这些实验证明,选择性刺激星形胶质细胞足以增强记忆持久性,将星形胶质细胞确定为长期记忆的主动调控者而非被动支持者。
“我们的发现表明,星形胶质细胞不是被动的支持细胞,而是决定记忆持续时间的主动调控者,”该研究的通讯作者Koh Wuhyun博士表示。“通过确定Ank2作为星形胶质细胞重塑和BDNF信号的关键调控因子,我们揭示了一种稳定长期记忆的新机制,为理解和潜在治疗记忆障碍开辟了新途径。”
该发现不仅推进了对记忆的理解,还提示星形胶质细胞功能障碍可能导致认知衰退和涉及记忆障碍的神经系统疾病。由于Ank2突变也与自闭症谱系障碍、智力残疾和癫痫相关,研究人员认为该研究为理解星形胶质细胞如何调控长期记忆并参与神经系统疾病提供了新框架。