Cell Rep | 机体学习和记忆形成过程背后的神经可塑性的新型分子机制

神经元非常重要，但它们并不是一切，事实上，其正是“软骨”，以称之为硫酸软骨素（chondroitin sulfates）的细胞外基质分子簇的形式存在于神经细胞外部，并在大脑获取和储存信息方面发挥着重要的作用。

近日，一篇发表在国际杂志Cell Reports上题为“Focal clusters of peri-synaptic matrix contribute to activity-dependent plasticity and memory in mice”的研究报告中，来自特伦托大学等机构的科学家们通过研究描述了大脑可塑性发生的一种新型机制，即神经连接如何发生改变从而对外部刺激产生反应。

研究者Yuri Bozzi说道，感官技能和理解周围环境的能力依赖于大脑的活性，大脑能促使我们感知并加工处理来自外部世界的刺激，通过大脑我们就能获取并储存新的信息，同时也能记住我们已经获得的信息。这种令人着迷的现象之所以能成为可能，是因为大脑能不断改变神经连接（突触）的结构和有效性，从而响应外部刺激，这种能力就称之为突触可塑性（synaptic plasticity），理解突触修饰是如何发生的以及其如何促进机体学习和记忆是神经科学家们所面临的巨大挑战之一。

这项研究的核心就是硫酸软骨素，这种分子以其在关节中的作用而闻名，其在大脑可塑性过程中发挥着重要的功能，同时也是大脑外部基质的组成部分，最初是由研究者Alexander Dityatev的团队于2001年发现的。2007年，来自日本的研究人员就描述了硫酸软骨素的存在，其形状呈现圆形，似乎会随机在大脑中分布，然而当时这项研究被遗忘了，直到研究者Sabina Berretta的转化神经科学实验将这些结构重新引起科学界的注意力，同时他们将其重命名为CS-6簇（来自能确定其精细化分子组成的硫酸软骨素-6），并揭示了这些结构如何与神经胶质细胞相关，以及其水平会在精神性疾病患者的大脑中显著减少。

揭示机体学习和记忆形成过程背后的神经可塑性的新型分子机制

图片来源：Cell Reports (2024). DOI:10.1016/j.celrep.2024.114112

随后在2017年，研究者Gabriele Chelini等人就开始揭示这些结构簇的功能；首先他们想深入剖析这些结构，并以较高的分辨率对其进行可视化研究。结果发现，这些结构本质上是包裹着CS-6的突触簇，且能以一种清晰可识别的几何形状被组织起来。随后，研究人员使用了一些“实验性的创造力”，通过将行为、分子和精细的形态学手段进行结合，他们意识到，包裹在CS-6簇中的这些连接会发生改变从而对大脑中的电活性产生反应。

研究者指出，通过联合研究，他们就能减弱海马体（大脑中负责空间学习的区域）中CS-6的表达，并证明CS-6的存在对于大脑的突触可塑性和空间记忆是非常必要的。这项研究让我们用新方法去理解大脑是怎么工作的。它揭示了CS-6簇里的神经元形成的突触能感知特别的外界信号，并且都参与到学习和记忆的共同活动中。这就好比在很多细胞一起构建了一个新平台，用来整合信息和创造更复杂的联系。

综上，本文研究结果表明，突触周围细胞外基质的活性依赖性重塑或能调节长时程增强(long-term potentiation,LTP)的诱导和公布，从而促进海马体依赖性的记忆。

参考文献：

Gabriele Chelini,Hadi Mirzapourdelavar,Peter Durning, et al. Focal clusters of peri-synaptic matrix contribute to activity-dependent plasticity and memory in mice, Cell Reports (2024). DOI:10.1016/j.celrep.2024.114112