学习和记忆的跨代遗传:果蝇能告诉我们真相吗?（英文）

学习记忆是一个获取、储存和再巩固新知识的过程,并以行为作为输出信号.学习记忆是高等生物适应动态环境不可或缺的。学习和记忆能力缺陷会导致精神类疾病,如精神分裂症、抑郁症和阿尔兹海默病等.近年来,有研究发现这些精神类疾病能够遗传给后代,所以以动物模型来研究学习和记忆的跨代遗传机制已经开始.在这篇综述里,首先简要概括了目前有关学习和记忆的分子机制、神经环路和跨代遗传的可能机制;然后,讨论了利用果蝇模型来研究学习和记忆跨代遗传的可能性.最后,我们提供了可能的策略用以揭示果蝇学习和记忆跨代遗传的表观遗传机制.     

综述: 果蝇复杂脑功能研究进展

全面揭示脑的奥秘是现代科学所面临的最大挑战.通过脑研究,我们可以获得防治脑疾病、认知及心理障碍的线索和工具,找到提高人类智力和心理健康水平的途径,并发展出具备高等智能的机器人.果蝇作为研究基因-神经回路-行为关系的首选模式动物,日益得到重视.本文围绕果蝇复杂脑功能包括视觉学习记忆、欲望与动机、情感相关行为和社会行为的研究意义及前景、已知调控基因及神经回路以及未来研究方向展开综述,便于读者把握相关领域的全貌.     

综述: 干细胞衰老的表观遗传调控

干细胞衰老理论认为,组织器官特异的成体干细胞随着衰老出现功能性衰退,从而导致组织器官生理功能的衰退甚至衰老相关疾病的发生.表观遗传机制通过精密调控基因表达,在成体干细胞的衰老过程中发挥着重要作用.近年来,机体衰老过程中成体干细胞的表观遗传调控已经成为衰老研究的热点.本综述主要总结了衰老过程中成体干细胞命运的表观遗传调控,并详细介绍了DNA甲基化与组蛋白共价修饰在成体干细胞衰老中的作用,以期为深入认识衰老本质、实现健康长寿提供启示.     

综述: 智力的涌现

星海茫茫,地球因智慧生命的存在而与众不同,我们在追寻生命起源的同时,也追问着智力的源头,什么是智力的本质,智力从何涌现?生命大爆炸不仅带来激增的物种数量,也带来专司信息感知、编码和处理的神经系统.在复杂多变的外部环境中,昆虫已发展演化了近4亿年.在这里,我们借由现代认知神经科学在果蝇中的研究发现,探讨智力的基本层面,提出果蝇的大脑是智力涌现中的一个标杆,是我们揭开智力本质、进入智力王国的第一站.     

研究报告：果蝇习得性无助影响空间位置记忆

目的 习得性无助（learned helplessness）是指动物经历了不可逃避性刺激后而产生的无助状态。它对随后实验动物的运动能力、生理状态等多方面都会产生影响,也是人类抑郁症的有效动物模型之一。目前已在多种动物模型中建立了研究习得性无助神经机制的行为实验范式,包括黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）。之前的研究发现,经历过不可逃避高温惩罚的果蝇在活跃程度等方面有显著改变。然而,果蝇的习得性无助状态是否也影响学习认知能力,目前仍然未知。本文对果蝇空间位置学习能力是否受到习得性无助状态影响进行了研究。方法 此研究中,我们完善实验范式,分别检测果蝇在新范式中的空间位置学习行为和习得性无助行为,以及经过长时程随机刺激后果蝇空间位置学习能力的变化。结果 野生型果蝇可在此范式中展现空间位置学习能力与习得性无助状态,而经过长时程不可逃避刺激训练的果蝇,空间位置记忆有显著下降。结论 此研究完善了果蝇习得性无助行为实验范式,实验结果表明习得性无助对果蝇空间位置记忆存在影响。这将对进一步加深对动物习得性无助行为的理解,进而其发生机制研究起到推进作用。     

综述: 诱导重编程过程中的表观遗传重塑

多能干细胞(pluripotent stem cell,PSC)是一类具有自我更新能力和多向分化潜能的细胞,具有广泛的临床应用前景．诱导性多功能干细胞(induced pluripotent stem cell,iPS cell)的获得,解决了传统方式中的细胞来源和伦理学等问题,从理论研究和应用上实现了体细胞重编程的重大突破,也为疾病发生机制研究、药物筛选、个性化药物选择、细胞治疗和再生医学等研究创造了难得的机会,从而开启了多能干细胞应用的新纪元．iPS过程中有很多问题尚未得到解决,尤其是诱导重编程的分子机制方面,这也是近年来干细胞领域研究的热点．其中如何实现表观遗传的重编程被认为是亟待解决的核心问题之一．本文结合我们的研究,主要介绍诱导重编程领域表观遗传修饰重塑机制的研究进展,并展望未来研究中大规模信息整合分析的重要性．     

综述与专论：表观遗传修饰调控阿尔茨海默病的研究进展

阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease,AD）是一种临床上常见的以进行性认知功能障碍和记忆减退为主要特征的神经退行性疾病。近些年研究发现，表观遗传修饰如DNA修饰、组蛋白修饰、RNA修饰及非编码RNA在Aβ沉积、Tau蛋白过度磷酸化、神经再生、突触可塑性和认知功能中发挥不同程度的调控作用，进而改善或加剧AD病理进程。临床数据表明表观遗传修饰的改变与AD风险呈显著相关性，运用药物、物理刺激、si RNA等干预手段在AD动物模型中改变表观遗传修饰水平可改善AD病理和认知能力。本文综述了不同的表观遗传修饰在AD中的调控作用，为进一步理解AD的表观遗传学机制及通过干预表观遗传修饰改善或治疗AD的可行性提供理论依据。     

综述: 脑功能原理：神经细胞编程和信息储存

大脑采集感觉信息、整合认知和控制行为过程,这些任务的实现依赖于神经细胞及其环路的信息储存与编程.澄清神经信息编程与储存的原理是研制拟脑计算机的基础.本文将基于神经细胞的模拟-数字信号转换、数字信号兼容式输出以及新信息储存与提取等方面的研究揭示脑认知原理.     

低氧对学习记忆相关蛋白的影响研究进展

低氧暴露能够引起机体不同程度的损伤,尤其是对中枢神经系统的影响,它可以通过影响一些学习记忆相关蛋白,从而对大脑的学习记忆能力产生影响。这篇综述以介绍学习记忆相关蛋白为重点,分别阐述了低氧对FABP5、ERRγ、FOXP2、Iduna及tau蛋白等的影响和作用机制,为临床防治由于高原环境引起的大脑学习记忆损伤提供理论依据。     

α-突触核蛋白对小鼠空间学习记忆能力的影响

目的:观察α-突触核蛋白(α-Synuclein,α-Syn)对小鼠空间学习记忆能力的影响。方法:以C57/B6野生型小鼠(Wild Type,WT)及α-Syn过表达转基因小鼠(Tg-α-Syn)为研究对象,采用Morris水迷宫(Morris water maze,MWM)中定位航行实验、空间探索实验以及可视平台实验,按照训练要求,记录两组小鼠游泳路径和完成任务的时间。结果:在定位航行试验中,随着训练时间的增加,两组小鼠的寻台潜伏期均缩短。同时,在训练第五天时,与WT组小鼠相比,Tg-α-Syn小鼠的寻台潜伏期明显延长(58.77±1.32 versus 17.34±6.44,*P0.05)。在空间探索实验中,与WT组小鼠相比,Tg-α-Syn小鼠在目标象限停留时间更短(17.91±2.14versus 5.59±4.98,*P0.05)。为了进一步证明Tg-α-Syn小鼠的空间记忆与学习能力下降是与海马相关,采用了可视平台实验,结果显示:两组小鼠的寻台潜伏期无显著性差异(P0.05),即Tg-α-Syn小鼠不存在运动障碍和视觉障碍。结论:α-Syn过表达可导致海马相关的空间记忆、学习能力受损。     

原发性醛固酮增多症大鼠自主活动和学习记忆行为的影响

摘要 目的：探讨原发性醛固酮增多症(primary aldosteronism,PA)大鼠其自主活动和对学习记忆行为的影响。方法：8周龄健康雄SD(Sprague-Dawley)大鼠(n=30)随机分为对照组与模型组各15只。两组都皮下埋置微量渗透泵,模型组泵内灌注醛固酮,对照组泵内灌注等量的生理盐水,记录大鼠自主活动和学习记忆行为的变化情况。结果：所有大鼠均存活,模型组都造模成功,切口愈合良好。模型组造模后的收缩压高于对照组(P<0.05),也高于造模前(P<0.05),两组造模前后心率对比差异无统计学意义(P>0.05)。模型组造模后的逃避潜伏期与穿台次数少于对照组(P<0.05),也少于造模前(P<0.05)。模型组造模后的自主活动次数高于对照组(P<0.05),也高于造模前(P<0.05)。造模后模型组的鼠双微基因2(Mouse Double Microgene 2,MDM2)蛋白相对表达水平高于对照组(P<0.05)。造模后模型组的血清醛固酮含量都高对照组(P<0.05),血清钾离子、钠离子、肾素活性低于对照组(P<0.05)。结论：原发性醛固酮增多症大鼠伴随有血清钾离子、钠离子含量降低与MDM2蛋白的高表达,从而导致大鼠出现自主活动和学习记忆行为障碍。     

神经节苷脂钠对缺血性脑卒中小鼠空间学习记忆能力的影响

摘要 目的：探讨神经节苷脂钠对缺血性脑卒中小鼠空间学习记忆能力的影响。方法：缺血性脑卒中小鼠模型(n=42)随机分为三组-模型组、氟西汀组与神经节苷脂钠组,每组14只小鼠。氟西汀组、神经节苷脂钠组、对照组分别给予10 mg/kg氟西汀与10 mg/kg神经节苷脂钠、等剂量生理盐水腹腔注射,1次/d,持续28 d。结果：氟西汀组、神经节苷脂钠组给药第7 d、14 d、28 d的逃避潜伏期、改良神经损伤严重程度评分(Modified neurological severity score,mNSS)低于模型组(P<0.05),穿越平台次数高于模型组(P<0.05),神经节苷脂钠组与氟西汀组对比差异有统计学意义(P<0.05)。氟西汀组、神经节苷脂钠组给药第28 d的海马组织B淋巴细胞瘤-2基因(B-cell lymphoma-2,Bcl-2)蛋白相对表达水平高于模型组(P<0.05),BCL2-Associated X(Bax)蛋白相对表达水平、脑卒中相对面积低于模型组(P<0.05),神经节苷脂钠组与氟西汀组对比差异有统计学意义(P<0.05)。结论：神经节苷脂钠在缺血性脑卒中小鼠的应用能促进恢复空间学习记忆能力,缓解神经损伤,抑制海马组织神经元细胞的凋亡,降低脑卒中面积。     

信号转导通路与表观遗传模式在学习和记忆中的作用

海马区神经突触长时程增强(LTP)是应用最广的神经突触可塑性研究模型,为学习和记忆脑功能的基础.cAMP反应元件结合蛋白(cAMP-CREB)、Ras/细胞外信号调节激酶(Ras /ERK)等信号通路参与了学习和记忆的过程.通过组蛋白乙酰化和DNA甲基化对染色质结构进行调节,可以介导长时间、持续性的学习和记忆行为变化,其中,丝裂素活化蛋白激酶(MAPK)级联通路起到了关键作用.本文就学习和记忆形成中的信号转导、表观遗传模式及两者在学习和记忆中的作用进行综述.     

海马结构与大白鼠避暗行为的学习和记忆IV. 微量秋水仙素注入海马结构各部的影响

在成年的雌性Wister大白鼠双侧海马结构的各部,地区分别注以0.5微升含3微克秋水仙素的生理盐水,观察能否影响避暗行为的学习和记忆,并作相关的组织学检查,结果表明:双侧背部或后部背侧的齿状回颗粒细胞的损毁, 对大白鼠避暗行为的学习和记忆无明显的影响:若损毁Krieg大白鼠脑图谱的H6.0毫米水平面腹侧的齿状回颗粒细胞,则非常显著地削弱(但未能完全阻断)避免暗行为的学习和记忆.     

综述与专论: 鸣禽模型在语言学习中承担独特的生物学角色

鸣禽鸣唱与人类语言相似，是一种复杂的发声学习行为，并受脑中一组相互联系的神经核团调控。该组核团与人类发声控制相关脑区具有一定程度的结构同源性，并可能共享某些发声学习调控机制。因此，鸣禽成为研究发声学习神经机理的重要模式动物，不仅对鸟类语言学习，也可为揭示人类语言学习的神经过程和语言障碍的治疗提供重要参考借鉴。本文基于本课题组长期坚持的研究方向，较系统地概述了国内外鸣禽鸣唱行为研究的历史、重要发现和进展，及其为相关中枢神经系统疾病治疗带来的启示。