美科学家实现生物间“记忆移植”,获取记忆真的可以走捷径!

科学
美科学家实现生物间“记忆移植”,获取记忆真的可以走捷径!
麻省理工科技评论 2018年5月16日

2018年5月16日

“我相信,在不久的将来,我们有可能通过使用 RNA 来改善阿尔茨海默病或创伤后应激障碍的症状”.
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“我相信,在不久的将来,我们有可能通过使用 RNA 来改善阿尔茨海默病或创伤后应激障碍的症状”.

对于一个人来说,不经历,就不可能记忆。但获取记忆真的没有捷径吗?答案是否定的!5 月 14 日,来自美国加州大学洛杉矶分校的 David Glanzman 团队在神经系统科学学会的在线期刊 eNeuro 上在线发表了名为《RNA from Trained Aplysia Can Induce an Epigenetic Engram for Long-Term Sensitization in Untrained Aplysia》的颠覆性文章。

文章链接:http://www.eneuro.org/content/early/2018/05/14/ENEURO.0038-18.2018

他们以海兔(Aplysia)作为研究对象,通过向其注射来自其它受训海兔神经系统的 RNA,惊讶地发现被注射的海兔表现出与受训海兔相似的“记忆”行为。这证明通过 RNA 注射,记忆被“移植”了!

这一研究结果,足以对目前的主流观点造成巨大的冲击,主流观点认为记忆是通过神经元间突触的强度变化而存储的。可以预见,这一激进的研究成果,必将引发神经科学领域新一轮的争论。“这的确充满争议,”但如果这种记忆移植能被证明是适用于所有生物,那么该成果的应用也同样让人兴奋。“我相信,在不久的将来,我们有可能通过使用 RNA 来改善阿尔茨海默病或创伤后应激障碍的症状,”该研究的领导,来自加州大学洛杉矶分校的神经生物学教授 David Glanzman 说到,这项研究很有可能将引领记忆类疾病诊疗的新方向。


对记忆的探索

从呱呱坠地的那一刻起,一个人就开启了生命的探险之路。我们本来如白纸一样的人生被绚丽的色彩、流畅的线条所反复渲染,不同的生活经历共同组成了一张生命图景。

此时,记忆就如一盘磁带,喜悦、痛苦、悲伤、快乐,每一份经历都被记录其中,或是经验,或是教训,都成为我们受用一生、不可或缺的财富。当我们年老回忆起往事时,总是会嘴角微笑,眼角泛起泪花!可以说,是记忆组成了一个人的自我,但从古至今却没有人能够说清楚记忆从何而来。几十年来,成千上万的研究者走上了探索记忆之路,求证记忆形成的时间、地点和方式。毫无疑问,记忆来自于大脑,但又是以何种形式“刻画”和储存在大脑中呢?上世纪 40 年代,加拿大心理学家 Donald Hebb 提出,记忆是由神经元之间的联系——突触产生,并且随着这些联系变得更强和更丰富而得以存储,随后这一观点成为记忆研究方面的主流思想。

20 年后,来自密歇根大学的 James V. McConnell 教授第一次对这种观点发起了挑战,他试图通过扁虫实验来证明“记忆 RNA”的存在。McConnell 训练了扁虫,然后将受训的扁虫喂给未受训的同类扁虫食用。之后,未受训的虫子似乎继承了被它们吃掉的同类的行为,因此 McConnell 认为,记忆通过某种形式转移了。

但探索还远没有停止,RNA 对于记忆的作用则由 McConnell 的学生 Al Jacobson 完成,Jacobson 通过注射 RNA 发现记忆可以在扁虫之间传递,但由于其他实验室无法重复这一结果,这项研究一直饱受争议。而作为曾经的“突触产生记忆”的坚定的支持者,Glanzman 一度站在了 McConnell 和 Jacobson 的对立面,他也曾坚定的支持突触在记忆形成中的关键作用,但直到 Glanzman 开始了使用海兔重复此前的记忆擦除的研究之后,他才发现自己似乎站错队了。


海兔的“人造记忆”

海兔是一类生活在珊瑚礁上的甲壳类软体动物,长度约为 20 厘米。相比于人类大脑中拥有的 1000 亿个神经细胞,海兔只有 2 万个。但由于它的神经元比脊椎动物等高等生物的神经元大 10-15 倍,且神经网络相对较小,便于观察检测,因而常被用作认知脑和认知行为的模式生物。

从在 Eric Kandel(被认为是现代神经系统科学最有影响力的人物之一,2000 年,因神经系统学领域的贡献与保罗·格林加德共同获得诺贝尔生理学与医学奖。)实验室做博士后开始,Glanzman 就坚信记忆存储的关键是突触的变化,但随着近年来的实验结果,他的观点开始动摇。2014 年,他的实验室发现,经一系列实验过程后,海兔丢失的电击记忆可以被恢复,但是随记忆消失的突触连接模式在记忆恢复时却是随机组合的,“突触连接被剔除但却没有影响记忆,这说明记忆并不是存储在突触中,而是其它地方,”Glanzman 说到。除此之外,Glanzman 团队及其他研究者还发现,即使突触的形成或加强并不受干扰,长期记忆的形成也可以通过终止表观遗传变化而阻断。

种种结果促使 Glanzman 将注意力转向 RNA,他们选取海兔作为研究对象,对其尾巴进行轻微的电击,这种电击会使海兔出现一种防御性收缩的行为。随后实验人员轻轻敲打海兔,受过电击的海兔表现出约 50 秒的防御性收缩,而没受过电击的海兔收缩时间仅为 1 秒。随后研究人员分别提取了两组海兔神经系统的 RNA,分别注射入未受过电击的海兔。有意思的是,尽管自身并未接受过电击训练,注射了来自电击海兔 RNA 的实验组,表现出了相似的防御性行为,持续收缩的时间高达 40 秒,相比之下,对照组并没有表现出长时间的收缩。

这说明通过 RNA 注射,记忆被“移植”了!记忆存储的关键并不是突触! 实验的结果进一步肯定了 Glanzman 的怀疑,“如果记忆真的是存储在突触中,那么我们的实验压根就不可能成功!”研究人员同时发现,抑制 DNA 甲基化(DNA methylation)似乎会减弱这种记忆获得,当其中一组注射了甲基化抑制剂,这些注射过电击海兔 RNA 的实验组收缩时间缩短为仅仅几秒钟,这意味着记忆的形成很可能受到 RNA 诱导的表观遗传变化的影响。

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图丨实验原理图

随后研究人员进行了进一步的探究,他们将未经过电击的海兔神经细胞进行体外培养,并分别向其中添加来自于电击/未电击海兔的 RNA。一般来说,电击会让海兔的神经元兴奋,结果与之前猜测的一致,来自于被电击海兔的 RNA 可以增加感觉神经元的兴奋度,但运动神经元并不受影响,而未受电击海兔的 RNA 并不会刺激感觉神经元兴奋。

但对于如此令人兴奋的结果,有的神经生物学家并不买账,“很显然仍旧需要更进一步的工作来填充这个观念,并解释潜在的机制,”来自应该卡迪夫大学(Cardiff University)的 Seralynne Vann 教授说到,“尽管海兔是研究基础神经学的理想模式生物,但与人类复杂的记忆过程相比,研究结果必须更加审慎的对待。”未来 Glanzman 将进一步探究可以转移记忆的 RNA 种类,希望有一天,RNA 移植可以成为对抗记忆消失的利器,而这一天,也将是人类重新认识、定义自己的一天。

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