長期記憶是如何形成的？一組科學傢驚訝地發現，如果沒有DNA損傷和腦部炎癥，就無法形成長期記憶。在這項新發表於《自然》雜志上的研究中，科學傢通過對小鼠進行實驗發現，當長期記憶形成時，一些腦細胞會經歷一股強烈到足以造成DNA損傷的腦電活動。隨後，這種損傷會在一種炎癥反應的作用下得到修復，進而使記憶得到鞏固。
炎癥反應
在這項研究中，研究人員對實驗室小鼠進行訓練，讓它們將微小的電擊與新的環境聯系起來。這些短暫的、輕微的電擊足以讓小鼠形成對電擊事件的情景記憶。如此一來，當小鼠再次進入這種環境時，就會“記起”這種經歷，並表現出恐懼的跡象，例如愣在原地。
接著，研究人員聚焦在小鼠腦中的海馬區。海馬區一直被認為是記憶的中心。在分析海馬區中的某些神經元的基因活動後，他們觀察到，一種參與重要的炎癥信號通路的基因被激活，而這種炎癥是由一種名為Toll樣受體9（TLR9）的蛋白質導致的。
科學傢們已經知道，TLR9可以通過檢測病原體DNA的微小片段而觸發免疫應答。所以一開始，研究人員認為這種炎癥反應之所以會被激活，是因為小鼠被感染。但經過更仔細地進一步觀察，他們驚奇地發現，這種免疫應答並不是由入侵物導致的，而是由自身的DNA所誘發的。
觸發炎癥產生記憶
研究人員觀察到，TLR9在那部分顯示出DNA損傷，但又康抗DNA修復的海馬神經元中，表現得最為活躍。通常情況下，腦活動的確會引發DNA出現一些微小的斷裂，但這些損傷可以在幾分鐘內得到修復。但在這群海馬神經元中，DNA損傷表現得更為嚴重、持久。
通常，腦神經元出現炎癥被視為是一件壞事，因為它會導致一些神經系統問題，如阿爾茨海默病和帕金森病。但在這項研究中，研究人員卻驚訝地發現，這些海馬神經元的炎癥似乎對於長期記憶的形成至關重要。
在進一步的分析中，他們發現在這些海馬神經元中，DNA片段和DNA損傷產生的其他分子從細胞核中釋放出來，隨後這些神經元的TLR9炎癥通路就會被激活；這一通路反過來會刺激DNA修復絡合物在一個被稱為中心體的細胞器中形成。中心體存在於大多數動物細胞的細胞質中，對協調細胞的分裂和分化至關重要。
然而，成熟的神經元是不分裂的。那麼，為什麼在這些不會分裂的神經元中，中心體卻參與DNA修復的循環？研究人員發現，在損傷和修復循環中，這些神經元似乎會編碼觸發DNA損傷的記憶形成事件的信息。
論文的通訊作者Jelena Radulovic教授說：“數百萬年來，細胞分裂和免疫應答在動物生命中一直是高度保守的，它在提供抵抗外來病原體的保護的同時，使生命得以延續。在進化過程中，海馬神經元似乎采用這種基於免疫的記憶機制，將免疫應答的DNA感應TLR9通路，與DNA修復中心體功能結合起來，進而能在不進行細胞分裂的情況下形成記憶。”
抵制外來信息的輸入
研究人員觀察到，在完成炎癥過程所需的一周內，小鼠的記憶編碼神經元以各種方式發生變化，包括對新的或類似的環境刺激變得更有抵抗力。
更重要的是，研究人員發現，阻斷海馬神經元中的TLR9炎癥通路不僅會阻止小鼠形成長期記憶，還會導致出現嚴重的基因組不穩定性，即這些神經元的DNA損傷頻率很高。
基因組不穩定性被認為是加速衰老、癌癥、精神癥狀和神經系統變性疾病（如阿爾茨海默氏癥）的標志。研究人員表示，為緩解長新冠的癥狀，科學傢已經提出一些能抑制TLR9通路的藥物。從新的研究結果來看，對於這些提議我們應該更加謹慎，因為完全抑制TLR9通路可能會帶來重大的健康風險。