日前，中國科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院熊偉教授研究組與中科大化學(xué)學(xué)院黃光明教授研究組合作，通過單細(xì)胞質(zhì)譜、光遺傳、分子生物學(xué)、電生理及動物行為學(xué)等技術(shù)方法，揭示了一條腦內(nèi)谷氨酸合成新通路及其參與日光照射改善學(xué)習(xí)記憶的分子及神經(jīng)環(huán)路機(jī)制。該研究成果以“Moderate UV Exposure Enhances Learning and Memory by Promoting a Novel Glutamate Biosynthetic Pathway in the Brain”為題于 2018 年 5 月 17 日?在線發(fā)表在國際著名期刊《細(xì)胞》（CELL）上。

眾所周知，適度的陽光照射對人體有很多好處，包括維生素 D 的合成以及多種皮膚疾病的治療等。此外，人們還發(fā)現(xiàn)陽光照射對神經(jīng)系統(tǒng)也有一定程度的影響，例如適度的日光照射可以改善人們的情緒和認(rèn)知。然而，由于研究手段的局限，對日光照射引起與神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)的行為變化的深層機(jī)制目前并不清楚。而日光照射皮膚最終如何影響腦內(nèi)神經(jīng)細(xì)胞的代謝以及神經(jīng)環(huán)路的功能也一直是個(gè)未解之謎。

熊偉教授及黃光明教授研究團(tuán)隊(duì)利用自己近期開發(fā)的單細(xì)胞質(zhì)譜技術(shù)（該項(xiàng)工作已于 2017 年發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上），再結(jié)合神經(jīng)科學(xué)的多種研究手段，發(fā)現(xiàn)日光照射動物皮膚后會使得血液里一種叫做 UCA 的化學(xué)物質(zhì)含量大幅度增加。隨后他們發(fā)現(xiàn)，增加的 UCA 可以透過血腦屏障進(jìn)入大腦神經(jīng)細(xì)胞，在細(xì)胞內(nèi) UCA 通過一系列的生物代謝酶最終轉(zhuǎn)化成谷氨酸。細(xì)胞內(nèi)的谷氨酸在運(yùn)動皮層以及海馬的神經(jīng)末梢釋放，進(jìn)而激活運(yùn)動學(xué)習(xí)以及記憶相關(guān)的腦內(nèi)神經(jīng)環(huán)路，從而增強(qiáng)動物的運(yùn)動學(xué)習(xí)能力以及物體識別記憶能力。這是自 70-80 年代之后，再度發(fā)現(xiàn)新的腦內(nèi)谷氨酸生物合成通路。由于谷氨酸在大腦內(nèi)具有參與細(xì)胞內(nèi)蛋白合成、能量代謝以及興奮性神經(jīng)信號傳遞等多種重要的生理功能，因此該通路的發(fā)現(xiàn)對于了解大腦工作機(jī)理以及探索相關(guān)疾病發(fā)生機(jī)制都將起到非常重要的作用。

圖注：日光照射改善人類情緒、學(xué)習(xí)和記憶的分子及神經(jīng)環(huán)路機(jī)制

中科大生命學(xué)院博士后朱洪影以及博士研究生王寧為該論文的共同第一作者。熊偉教授與黃光明教授為論文的通訊作者。中科大薛天教授、宋曉元教授、合肥物質(zhì)科學(xué)研究院鐘凱研究員及中國科學(xué)院昆明動物研究所李家立研究員等課題組均參與了本項(xiàng)目研究。該研究工作得到了基金委、科技部、中科院先導(dǎo)專項(xiàng)以及中組部青年千人計(jì)劃等資助。該工作還得到中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)同步輻射實(shí)驗(yàn)室光電離質(zhì)譜線站的儀器與技術(shù)支持。

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Moderate UV Exposure Enhances Learning and Memory by Promoting a Novel Glutamate Biosynthetic Pathway in the Brain

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