近日，中国科学技术大学生命科学学院教授熊伟研究组、化学学院教授黄光明研究组合作，通过单细胞质谱、光遗传、分子生物学、电生理及动物行为学等技术方法，揭示了一条脑内谷氨酸合成新通路及其参与日光照射改善学习记忆的分子及神经环路机制。相关研究成果以Moderate UV Exposure Enhances Learning and Memory by Promoting a Novel Glutamate Biosynthetic Pathway in the Brain为题于5月17日发表在《细胞》上。
众所周知，适度的阳光照射对人体有很多好处，包括维生素D的合成以及多种皮肤疾病的治疗等。此外，人们还发现阳光照射对神经系统也有一定程度的影响，例如适度的日光照射可以改善人们的情绪和认知。然而，由于研究手段的局限，目前对日光照射引起与神经系统相关的行为变化的深层机制并不清楚，日光照射皮肤最终如何影响脑内神经细胞的代谢以及神经环路的功能也一直是个未解之谜。
熊伟及黄光明研究组利用自主开发的单细胞质谱技术（该研究相关成果已于2017年发表在《美国国家科学院院刊》上），再结合神经科学的多种研究手段，发现日光照射动物皮肤后会使得血液里一种叫做“UCA”的化学物质含量大幅度增加。随后发现，增加的UCA可透过血脑屏障进入大脑神经细胞，在细胞内UCA通过一系列的生物代谢酶最终转化成谷氨酸。细胞内的谷氨酸在运动皮层以及海马的神经末梢释放，进而激活运动学习以及记忆相关的脑内神经环路，从而增强动物的运动学习能力以及物体识别记忆能力。这是自上世纪七八十年代后，再度发现新的脑内谷氨酸生物合成通路。由于谷氨酸在大脑内具有参与细胞内蛋白合成、能量代谢以及兴奋性神经信号传递等多种重要生理功能，因此该通路的发现对了解大脑工作机理以及探索相关疾病发生机制都将起到非常重要的作用。
中国科大生命科学学院博士后朱洪影、博士研究生王宁为该论文共同第一作者，熊伟、黄光明为通讯作者。中国科大教授薛天、宋晓元，中科院合肥物质科学研究院研究员钟凯、中科院昆明动物所研究员李家立等均参与了该研究。该研究得到了国家自然科学基金委、科技部、中科院战略性先导科技专项、中组部“青年千人”计划等的资助，以及中国科大同步辐射实验室光电离质谱线站的仪器与技术支持。
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日光照射改善人类情绪、学习和记忆的分子及神经环路机制