小胶质细胞通过补体依赖的突触清除调控记忆遗忘的研究

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记忆被认为编码和储存在相应大脑各个区域的印迹细胞(engram cells)中。在记忆的形成过程中,印迹细胞通过兴奋性活动而被联系在一起。印迹细胞的重激活是记忆的提取或者记忆唤醒的必要条件;而当印迹细胞无法正常被激活则会导致相关记忆的遗忘。现阶段普遍认为,神经元之间的突触联系是记忆储存的基础,当神经元之间的突触联系程度降低或者突触联系消失时,储存的原有记忆会丢失,这也是记忆遗忘的潜在机制之一。小胶质细胞是大脑中一类重要的胶质细胞,对维持大脑稳态发挥了极其重要的作用。研究证实,在中枢神经系统(central nervous system,CNS)的发育过程中,小胶质细胞对神经元突触具有修剪作用,并维持突触的动态稳定。基于这一作用,我们猜想在成年期大脑内,小胶质细胞是否会通过清除印迹细胞的突触而调控记忆的遗忘过程?首先,采用条件性恐惧的行为学范式,建立了记忆遗忘模型。小鼠在3次CFC训练后可以形成恐惧记忆,实验设定僵直行为(freezing)的程度作为记忆遗忘程度的量化指标,freezing程度越高,代表记忆的保留程度越高,相对应的记忆遗忘程度就越低。我们通过药物PLX3397(PLX)清除小鼠大脑内的小胶质细胞。结果发现,当小胶质细胞被清除后,小鼠的freezing程度升高了,即去除小胶质细胞可以抑制记忆的遗忘。为了进一步探究其原因,我们采用c-Fos工具鼠标记编码此类恐惧记忆的印迹细胞,在清除小胶质细胞后,我们发现这类印迹细胞的重激活率更高,抑制了印记细胞的解离程度,这表明去除小胶质细胞可以降低印迹细胞的解离,从而减缓记忆的遗忘。其次,在小胶质细胞的溶酶体内,我们分别发现突触前蛋白标记物synaptophysin(Syn)和突触后蛋白标记物PSD95都与小胶质细胞溶酶体标记物Lamp1的有共标现象。这说明小胶质细胞在成年期大脑内对突触仍有清除作用,这也是首次比较系统地证明成年大脑内小胶质细胞的突触清除作用。为了进一步探讨小胶质细胞是否是通过清除突触而调控记忆遗忘,我们使用米诺环素(minocycline,Mino)抑制了小胶质细胞的吞噬作用。结果发现,抑制小胶质的吞噬作用可以减缓记忆的遗忘。我们还发现PSD95和Syn与补体信号通路的重要组成成分(C1q)的共标现象。这提示小胶质细胞调控记忆遗忘可能是依赖于补体信号通路的。而CD55是补体信号通路的有效阻断因子,因此我们构建了CD55的腺相关病毒,注射在海马齿状回(dentate gyrus,DG)区内,使得印迹细胞可以特异性表达CD55,结果发现表达CD55的小鼠freezing程度升高了,这说明阻断补体信号通路可以有效抑制记忆遗忘。记忆的形成和提取是依赖于神经元活性的。我们采用药理遗传学的手段,靶向的抑制印迹细胞的活性。结果显示,当单独抑制印迹细胞活性时,可以加速记忆的遗忘,而当同时抑制印迹细胞活性和清除小胶质细胞时,记忆遗忘的加速过程被抑制了,这说明,小胶质细胞调控的记忆遗忘也依赖于印迹细胞的活性。已有研究证明,海马齿状回中的神经发生可以促进记忆遗忘。那么小胶质细胞介导的记忆遗忘与神经发生的关系如何?我们使用药物美金胺盐酸盐(memantine,MEM)促进神经发生,在这基础上探究小胶质细胞的作用。结果显示,小胶质细胞参与了神经发生介导的记忆遗忘。为了进一步的探究小胶质细胞调控的普遍性,我们使用更昔洛韦(ganciclovir,GCV)阻断了GFAP-TK+/-小鼠大脑DG区的神经发生,结果显示,去除小胶质细胞仍然能够减缓记忆遗忘。海马CA1区与DG区的不同之处在于CA1区不存在自发性的神经发生,我们靶向的阻断了CA1区印迹细胞的突触清除,结果也显示,当突触清除被阻断之后,记忆遗忘受到了抑制,这说明小胶质细胞可以调控非神经发生介导的记忆遗忘。综上所述,我们的研究结果表明,小胶质细胞通过补体信号通路介导的突触清除作用调控记忆遗忘,并且这种作用依赖于印迹细胞的活性。
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