分子医学研究所程和平课题组发现“线粒体炫”调控神经元突触水平的长时程记忆

为什么有的记忆能铭刻一生而有的只能存在几分钟？短期的记忆如何变化为长期的记忆？近日，北京大学分子医学研究所程和平-王显花课题组与中国科学技术大门生命科学学院毕国强课题组合作，发现神经元树突“线粒体炫旌旗灯号”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，相干成果于2017年6月26日在Nature Communications在线发表。

线粒体炫是程和平课题组于2008年首次报道的单个线粒体的量子化旌旗灯号，它含有线粒体活性氧激增、基质瞬时碱化、膜电位瞬时降落等多重转变，时程为数十秒，是新情势的线粒体基本功能事件。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旌旗灯号。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。多年来，程和平-王显花课题组一向在苦苦探寻线粒体炫为什么普遍存在的生物学诠释。

突触可塑性是学习记忆的神经基础。在不同类型的神经运动的调控下，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。联合课题组猜测，线粒体炫可能参与突触可塑性的某种旌旗灯号转导过程。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延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加强总是伴有突触附近一个或多个线粒体炫旌旗灯号；人为激活线粒体炫旌旗灯号，则能够稳固其附近的突触增大，从而产生从短时程加强向长时程加强的转化；故意思的是线粒体炫对突触可塑性的有用调控有着确定的时间窗口（刺激后30分钟内有用）和空间范围（2微米以内有用），表现了线粒体炫调控突触可塑性机制的特异性与正确性。进一步研究发现，线粒体炫的发生依靠于神经运动钙旌旗灯号及钙依靠性激酶，其所释放的活性氧旌旗灯号可能是促进突触长时程加强的旌旗灯号分子。

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旌旗灯号在线粒体接收、整合、传递旌旗灯号中的紧张作用，其科学价值在于首次揭示树突线粒体和突触之间的双向旌旗灯号传导机制。同时，该研究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付忠孝博士和言笑博士，通信作者为王显花副研究员、程和平教授和毕国强教授。该项目得到中科院先导专项、“973计划”以及国家天然科学基金的支撑。

线粒体炫促进神经元突触长时程增大

编辑：安宁