编者按：本文来源中国科学技术大学微信公众号（ID：ustcnews）。

为什么有的记忆能铭刻一生，而有的只能存在几分钟？

短期的记忆如何转变为长期的记忆？

想必大家还记得，在动画片《哆啦A梦》里，有这样一种神奇的道具——记忆面包。只要将内容印在面包上吃下肚，就能瞬间记住上面的内容。然而，记忆面包只能帮助主人公大雄完成短期记忆，有没有长期记忆的面包呢？

近日，中国科大与北京大学两个课题组的合作研究发现，神经元树突“线粒体炫信号”在神经突触传递短时程记忆向长时程记忆的转化中可能发挥着关键作用。今天，官微君就带你一起去了解“记忆之谜”。

▍“线粒体炫”调控神经元突触水平的长时程记忆

近日，中国科学技术大学生命科学学院毕国强课题组与北京大学分子医学研究所程和平课题组合作,发现神经元树突“线粒体炫信号”在神经突触传递短时程记忆向长时程记忆的转化中可能发挥着关键作用，相关成果于2017年6月26日在Nature Communications在线发表。

《炫》

▍线粒体炫促进神经元突触长时程增强

线粒体，细胞的“能量工厂”，是真核生物合成能量货币ATP的重要场所。不仅如此，近年来科学家们发现线粒体在细胞凋亡、坏死等多种重要的生理病理过程中发挥着关键的调节作用。2008年，程和平课题组首次报道了一种发生在单个线粒体水平的复合信号——线粒体炫。与大多传统的细胞内信号不同的是线粒体炫是一 种“全或无”式的量子化信号，在短短数十秒内，线粒体活性氧爆发式增多、基质瞬时碱化、膜电位瞬时下降，而不出一分钟这些指标就回复到之前的状态。科学家们认为线粒体炫是一种全新形式的线粒体基本功能事件。大量的研究表明，线粒体炫广泛存在于多个物种及多种细胞，只要有功能性线粒体就存在线粒体炫信号。然而，线粒体炫的发生，既是一个耗能的过程，又存在对细胞产生氧化应激损伤的风险，为什么它在生物体中如此广泛的存在？多年来，程和平-王显花课题组一直在苦苦探寻线粒体炫为什么普遍存在的生物学解释。

大脑的神经元通过突触相互联结，突触联结的强弱反映了神经元间信息传递的效率，因此，神经突触也被视为记忆编码和存储的基本结构单元。突触的联结强度具有可变性，称为突触可塑性，是学习和记忆的神经基础。突触可塑性按照持续时间的长短可分为长时程可塑性和短时程可塑性。在不同类型的神经活动的调控下，短时程的突触可塑性只能持续几秒到几分钟，而长时程的突触可塑性可维持数十分钟到数小时甚至更长。突触可塑性一直是科学研究的热点，然而短时程可塑性转变为长时程可塑性的关键机制却并不清楚。联合课题组猜测，线粒体炫很有可能参与突触可塑性的某种信号转导过程。

为此，研究者选取学习记忆的经典细胞模型——大鼠的海马神经元——为研究对象，发展了长时程线粒体炫连续成像以及双光子飞秒脉冲激活线粒体炫等新技术。他们惊喜地发现，化学及电刺激方法诱发突触的长时程增强总是伴有突触附近一个或多个线粒体炫信号；而人为激活线粒体炫信号，则能够促进邻近突触从短时程增强向长时程增强的转化；有意思的是,线粒体炫对突触可塑性的有效调控有着确定的时间窗口（刺激后30分钟内有效）和空间范围（2微米以内有效），显示了线粒体炫调控突触可塑性机制的特异性与精确性。进一步研究发现，线粒体炫的产生依赖于神经活动钙信号及钙依赖性激酶，而线粒体炫释放的活性氧信号可能是促进突触长时程增强的关键信号分子。

该工作首次报道了在突触可塑性过程中，线粒体炫作为数字化的生物信号在线粒体接收、整合、传递信号中的重要作用，其科学价值在于首次揭示树突线粒体和突触之间的双向信号传导机制。同时，为理解线粒体炫的生物学意义提供了一个范例,即局部、瞬时的活性氧爆发为“烧制”突触水平的长时程记忆，提供了一种可能的分子与亚细胞机制。

本文共同第一作者为合肥微尺度物质科学国家实验室博士生付忠孝和中科大生命学院博士生谈笑，通讯作者为王显花副研究员（北京大学）、程和平教授（北京大学）和毕国强教授（中国科学技术大学）。该项目得到中科院先导专项、973计划以及国家自然科学基金的支持。

文章链接：

Zhong-Xiao Fu, et al, "Dendritic mitoflash as a putative signal for stabilizing long-term synaptic plasticity," Nature Communications 8, Article number: 31(2017), doi:10.1038/s41467-017-00043-3

如若转载，请注明e科网。

如果你有好文章想发表or科研成果想展示推广，可以联系我们或免费注册拥有自己的主页