糖影響大腦"可塑性" 有助于學習、記憶和恢復

你能認出多年未見的人，但卻很容易忘記昨天早餐吃了什么？我們的大腦不斷重新排列電路，以記住熟悉的面孔或?qū)W習新技能，但人們對這一過程的分子基礎并不十分清楚。今天，科學家們報告說，被稱為糖胺聚糖（GAGs）的復雜糖分子上的硫酸基團會影響小鼠大腦的"可塑性"。確定糖胺聚糖的功能有助于我們了解人類記憶和學習的原理，并為修復受傷后的神經(jīng)連接提供方法。

復雜的糖分子控制著神經(jīng)元周圍網(wǎng)（圖中綠色）的形成，這些網(wǎng)環(huán)繞著神經(jīng)元，幫助穩(wěn)定大腦中的連接。資料來源：Linda Hsieh-Wilson 實驗室

【資料圖】

研究人員于8月16日在美國化學學會（ACS）秋季會議上展示了他們的研究成果。美國化學學會2023年秋季會議將于8月13-17日以虛擬和現(xiàn)場相結合的方式舉行，大約有12000個關于各種科學主題的報告。

復合糖和大腦可塑性

給水果、糖果或蛋糕增添甜味的糖實際上只是多種糖類中的幾個簡單品種。當它們串聯(lián)在一起時，就能形成各種各樣的復合糖。GAG是通過連接其他化學結構（包括硫酸基團）而形成的。

"如果我們研究大腦中 GAGs 的化學結構，就能了解大腦的可塑性，并希望將來能利用這些信息恢復或增強記憶中的神經(jīng)連接，"在會議上介紹這項研究的項目首席研究員琳達-謝-威爾遜（Linda Hsieh-Wilson）博士說。

她解釋說："這些糖能調(diào)節(jié)許多蛋白質(zhì)，它們的結構在發(fā)育過程中和疾病發(fā)生時會發(fā)生變化。"謝-威爾遜現(xiàn)就職于加州理工學院（Caltech）。

在大腦中，最常見的 GAG 形式是硫酸軟骨素，它存在于大腦許多細胞周圍的細胞外基質(zhì)中。硫酸軟骨素還能形成被稱為"神經(jīng)元周圍網(wǎng)"的結構，這種結構包裹著單個神經(jīng)元，并穩(wěn)定它們之間的突觸連接。

硫酸化模式及其影響

改變 GAG 功能的一種方法是硫酸化圖案，即糖鏈上的硫酸基團模式。謝-威爾遜的團隊對這些硫酸化模式如何發(fā)生改變，以及它們可能如何調(diào)控神經(jīng)可塑性和社會記憶等生物過程很感興趣。有朝一日，研究人員也可以通過調(diào)節(jié)這些功能來治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷、神經(jīng)退行性疾病或精神疾病。

當研究小組刪除了小鼠體內(nèi)負責形成硫酸軟骨素兩種主要硫酸化模式的 Chst11 基因后，小鼠的神經(jīng)元周圍網(wǎng)出現(xiàn)了缺陷。然而，在沒有硫酸化圖案的情況下，神經(jīng)元網(wǎng)絡的數(shù)量實際上增加了，從而改變了神經(jīng)元之間突觸連接的類型。此外，這些小鼠無法辨認出它們以前接觸過的小鼠，這表明這些模式會影響社會記憶。

記憶和治療的潛力

有趣的是，這些網(wǎng)絡可能比以前認為的更具活力--它們可能在兒童期和成年期都發(fā)揮著作用。當研究人員在成年小鼠的大腦中特異性地靶向 Chst11 時，他們發(fā)現(xiàn)它對神經(jīng)周細胞網(wǎng)和社會記憶產(chǎn)生了同樣的影響。

謝-威爾遜說："這一結果表明，有可能在青春期或成年期操縱這些網(wǎng)絡，從而有可能重新連接或加強某些突觸連接。"

在最近的其他實驗中，研究小組希望了解 GAGs 及其硫酸化模式如何影響軸突再生，或神經(jīng)元在損傷后的自我重建能力。研究人員目前正在努力確定能與特定硫酸化圖案結合的蛋白質(zhì)受體。

到目前為止，他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，特定基團會導致這些受體在細胞表面聚集在一起，抑制再生。阻斷這一過程可以創(chuàng)造出促進軸突再生的工具或治療方法。Hsieh-Wilson說，對這一過程有更深入的了解有朝一日可以幫助修復某些神經(jīng)退行性疾病或中風造成的損傷。

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