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掌控蛋白,助你增强学习与记忆
来源 : 科学之家   发布时间 : 2015-04-17 11:16

图片说明:来自索尔克研究所的科研工作者及其合作者们在最近的研究中发现,与身体和心理相关的活动都与一个新陈代谢相关的蛋白质有关,该蛋白被称为雌激素相关受体γ(estrogen-related receptor gamma, ERRγ),该蛋白主要控制流经体内的血液以及营养物质。在上面这幅图中,ERRγ在海马体(hippocampus)中被染成了红色,海马体被认为是大脑中与记忆相关的组织。这个最新的发现对于如何增强学习能力将会是很好的尝试。图片来源:Salk Institute


有些人天生适合跑马拉松,对于他们来说,跑上个几十公里是很轻松的一件事。而另外一些人天生具有记忆天分,从背乘法表到记住生活中的各种琐事,他们都可以很好地完成。科研人员发现,奔跑与记忆这两个技能,从研究结果上来说并没有什么区别。

索尔克研究所的科学家以及合作者们发现,人的身体以及精神活动与某一单一的蛋白质有关,该蛋白质主要控制流经人体的血液以及营养物质,这一研究成果也发表在了Cell Metabolism上。最新的研究结果为再生及发育医学的治疗方法指引了新的方向,同时也为治疗学习和记忆缺陷的相关疾病提供了思路。

该研究成果发表于2015年4月7日,本研究的第一作者,来自于索尔克基因表达实验室(Salk's Gene Expression Laboratory)的主任Ronald Evans说:“所有的问题都可以归结为如何从人体的‘供能系统’中获取能量。例如,心脏以及肌肉都需要大量的能量来进行运动,神经也需要大量的能量来形成新的记忆。”

科研人员发现,与肌肉运动以及大脑活动相关的能量都由一种被称为雌激素受体γ(estrogen-related receptor gamma,ERRγ)的蛋白质来进行控制。

Evans的研究团队之前曾经研究过ERRγ在心脏和骨骼肌中的作用。在2011年他们发现,提升那些定栖的小鼠肌肉中ERRγ的活性,能够增强小鼠的血液供应,并使它们的奔跑能力翻倍。该研究团队接着证明,ERRγ能够开启肌肉中大量将脂肪转化为能量的基因。

因此,ERRγ成为了能活跃肌肉、增强机体性能的代谢控制开关。尽管,有些研究中还发现,ERRγ在大脑中也非常活跃,然而科学家们始终无法理解出现该现象的原因。因为在科学家们看来,大脑仅仅靠燃烧糖来获取能量,而ERRγ仅仅是被认为在燃烧脂肪时才发挥作用。因此,Evans的科研团队打算更加深入地研究ERRγ这种蛋白在脑细胞中究竟发挥着什么样的作用。

研究首先从分离的神经细胞中进行,本篇文章的第一作者,也是共同通讯作者Liming Pei发现,正如在肌肉中发现的一样,ERRγ蛋白能够活化脑细胞中大量的与代谢相关的基因进行表达。出乎意料的是,这些代谢基因都与糖的代谢有关,而与脂肪的代谢没有关系。缺少ERRγ蛋白的神经细胞就无法获取相应的能量,也就会在性能上表现得不尽如人意。

Evans说:“一开始我们假设ERRγ在人体内会发挥同样的作用。但研究结果显示,ERRγ蛋白在大脑中发挥不同的作用。因此我们得出结论,ERRγ蛋白在肌肉中能够开启脂肪代谢的通道,在大脑中能够开始糖代谢的通道。”

Evans与他的合作者们在研究中发现,ERRγ的活性,在活的小鼠体内的海马体中活性最强。海马体是大脑中的一个部位,主要产生新的大脑细胞,同时也与学习及记忆相关。因此,海马体需要大量的能量来维持运转。Evans与他的合作者们都想知道ERRγ是否对记忆和学习会产生直接影响。通过对大脑缺乏ERRγ蛋白的小鼠的研究,他们从中发现了一些线索。尽管缺乏ERRγ蛋白的小鼠拥有正常的视觉、运动能力以及平衡感,但与拥有正常水平的ERRγ蛋白的小鼠相比,它们在学习如何穿越水迷宫时表现出来的学习能力以及在后续实验中对迷宫位置的记忆力都要差很多。

Pei说:“我们的研究发现,缺失ERRγ蛋白的小鼠在学习能力方面表现得非常弱。”他还假设,不同个体之间学习能力的差异也是由于不同个体之间ERRγ蛋白浓度水平的不同所导致的。他认为,每个人都能够学习,但有些人天生在学习以及记忆力方面要比别人强,这很有可能与大脑中的代谢差异有关。

更好地了解神经细胞的代谢,能够改善学习及注意力功能障碍病人的治疗方法。而且有可能的话,通过增加ERRγ蛋白的量可以增强人的学习能力,就像ERRγ蛋白能增强肌肉功能一样。

Evans说:“我们的研究结果表明,记忆是建立在代谢的基础上的。而且我们认为,如果你想更加了解学习以及记忆的过程,就必须了解这个过程的回路,包括该过程的基础以及动力的来源。”(科学之家,译审:Y Sun)


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