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記憶的物質(zhì)基礎(chǔ)是什么？大腦中，記憶就是一種分子或細(xì)胞水平的改變。連接于神經(jīng)元之間神經(jīng)突觸能通過細(xì)微地調(diào)節(jié)神經(jīng)元之間的交流效率而存儲記憶。突觸可塑性實現(xiàn)了大腦對記憶的儲存與喚起。遺忘就是讓記憶消退或潛藏。然而，我們?yōu)槭裁磿?？什么決定了一個記憶的遺忘呢？ 這篇發(fā)表在2019年Science雜志的論文發(fā)現(xiàn)了一種機(jī)制就是調(diào)節(jié)突觸后質(zhì)膜上的神經(jīng)遞質(zhì)受體的數(shù)量。突觸后膜是調(diào)控突觸強(qiáng)度的關(guān)鍵因素，其上的受體介導(dǎo)了前突觸釋放的神經(jīng)遞質(zhì)轉(zhuǎn)化成為電信號的過程。多插入一些受體提升了突觸的能力，移除一些受體也就降低了突觸的能力。這些受體的遷移受神經(jīng)元鈣離子流入而控制。 突觸結(jié)合蛋白（synaptotagmin）負(fù)責(zé)感受到鈣離子水平的改變并且引發(fā)膜融合。大部分突觸結(jié)合蛋白在鈣離子的作用下，轉(zhuǎn)移到質(zhì)膜上，然而，突觸結(jié)合蛋白3 （Syt3）卻從突觸后膜內(nèi)化到胞質(zhì)。刺激AMPA或NMDA受體，可誘導(dǎo)AMPA受體和Syt3內(nèi)化，其中AMPA受體介導(dǎo)大腦中大部分快速的突觸傳遞行為。 1首先證明Syt3位于突觸后膜的內(nèi)吞區(qū)域 作者首先證明Syt3位于突觸后膜的內(nèi)吞區(qū)域，這一區(qū)域富含網(wǎng)格蛋白（clathrin）并接近突觸后致密區(qū)（postsynaptic density，PSD）。Syt3在脂肪組織、心臟和腦組織中最豐富，腦中可見于海馬體、皮質(zhì)、丘腦和紋狀體。下圖顯示海馬體切片CA1區(qū)的錐體細(xì)胞體進(jìn)而樹突上可檢測到Syt3，其中MAP2是樹突的標(biāo)志。識別Syt3的特異性抗體分別由這項研究團(tuán)隊和NeuroMab公司制備。 Syt3主要表達(dá)于海馬體神經(jīng)元的樹突。下圖中海馬體神經(jīng)元轉(zhuǎn)染了綠色熒光蛋白（GFP）基因，其中GFP陽性MAP2陰性的是軸突。 作者又進(jìn)一步聚焦，發(fā)現(xiàn)Syt3位于突觸位置，即突觸素（Syp）和PSD95陽性的區(qū)域（下圖）。 然而，上圖不足以清晰地說明Syt3是位于前突觸還是后突觸。作者又使用了一種突觸體實驗，可封閉前突觸的末端，使突觸囊泡與前突觸成分封閉在內(nèi)，保護(hù)其不受胰酶降解，如下圖的Syp、Syn、Syb2等。而后突觸不受影響，其成分可被胰酶降解，如下圖中的PSD95、Homer、GluA1等。其中，Syt3 NB是以NeuroMab公司制備的抗體檢測Syt3；Syt3 NT是以課題組制備的抗體檢測Syt3。 延時成像技術(shù)顯示，AMPA或NMDA刺激可誘導(dǎo)熒光標(biāo)記的Syt3內(nèi)化，但是沒有鈣離子的情況下，不會發(fā)生內(nèi)化（下圖）。 下圖也是說明AMPA或NMDA可以誘導(dǎo)Syt3內(nèi)化，實驗所用的海馬體神經(jīng)元為Syt3敲除細(xì)胞，再轉(zhuǎn)染了GFP標(biāo)記的重組Syt3。作者還發(fā)現(xiàn)，GFP-Syt3與網(wǎng)格蛋白輕鏈（CLC）共定位，而不是與Homer共定位。 2探究Syt3具體與哪些蛋白之間相互作用 a.腦組織勻漿的Pull-down實驗顯示（下圖），Syt3可與GluA2、AP2和BRAG2，圖中Syt3-組為僅含有微珠的陰性對照組。并且，這三種蛋白與Syt3的結(jié)合取決于鈣離子水平，0 Ca2+組也并非沒有鈣離子，EGTA才能夠去除痕量的鈣離子。為了進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，GluA2與Syt3的結(jié)合部位，作者合成了GluA2 C末端的肽段Tat-GluA2-3Y（Tat結(jié)構(gòu)域賦予該多肽穿過細(xì)胞膜的功能），添加該肽段即可干擾Syt3對GluA2的pull-down，說明Syt3僅與GluA2的C末端結(jié)合。 由于GluA1與GluA2的異二聚體是海馬體中AMPA受體的主要類型，作者還是猜測是否Syt3可以通過作用于含有GluA2的受體，而使受體內(nèi)化。下圖顯示，通過AMPA或NMDA刺激，Syt3可以介導(dǎo)受體內(nèi)化。表面的受體以抗體直接檢測，內(nèi)化的受體先破壞細(xì)胞膜通透性后再檢測。柱狀圖反映的是內(nèi)化了的GluA2與膜表面的GluA2的比值。
b.作者通過小鼠海馬體切片進(jìn)行實驗，證明Syt3促進(jìn)長時程抑制（LTD）以及長時程增強(qiáng)（LTP）的衰減。長時程抑制需要AMPA受體內(nèi)吞作用。然而，敲除Syt3、以GluA2-3Y多肽干擾Syt3都能破壞長時程抑制（下圖A）。另外，敲除Syt3也能強(qiáng)化長時程增強(qiáng)（B）。 c.考慮到Syt3感受鈣離子的功能，作者在Syt3敲除小鼠的海馬體CA1區(qū)注射了不能結(jié)合鈣離子的Syt3突變體或野生型的Syt3的表達(dá)載體（下圖H）。結(jié)果顯示，長時程抑制和長時程增強(qiáng)的衰減可以被野生型的Syt3拯救但不能被Syt3突變體拯救（J）。 3之后，研究進(jìn)入動物實驗水平 他們使用水迷宮實驗來測試小鼠的空間記憶，因為該項能力涉及海馬體的CA1區(qū)。Syt3基因敲除小鼠和野生型小鼠在記憶水池中隱藏的平臺方面表現(xiàn)相同（下圖）。
然而，在改變水池中平臺的位置后，野生型小鼠前10-20秒先去原位置尋找平臺，之后再去水池中不同的區(qū)域?qū)ふ移脚_，但是Syt3基因敲除小鼠則一直前往原來的位置尋找平臺。
（上圖中紅色圓形代表水池中平臺的所在位置，熱度圖則反映小鼠停留位置的頻次） 小鼠海馬體CA1區(qū)注射Syt3表達(dá)載體，能夠拯救基因敲除小鼠的表現(xiàn)（下圖）。野生型小鼠海馬體注射Tat-GluA2-3Y多肽也降低了它們遺忘的能力，即出現(xiàn)在原來平臺位置的頻次增加。
作者又進(jìn)一步證明由于遺忘的機(jī)制受損Syt3敲除小鼠的工作記憶較差。作者連續(xù)對兩組小鼠開展水迷宮實驗，先連續(xù)3天記憶可見的平臺，兩組小鼠的表現(xiàn)同樣好。在隱藏平臺的第二段訓(xùn)練（5-8天）里，野生型小鼠學(xué)習(xí)的表現(xiàn)就好于基因敲除小鼠。因為，基因敲除小鼠總是去往原來平臺的位置而導(dǎo)致學(xué)習(xí)新位置的表現(xiàn)差（下圖B），圖示中紅色圓形表示當(dāng)前平臺的位置，橘色為前1天平臺的位置，黃色為2天前平臺的位置。圖中C、D表示Syt3基因敲除小鼠出現(xiàn)的位置都更接近于先前的平臺位置。
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