中科大研究：阳光让你更聪明？| Cell 论文推荐

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中科大研究：阳光让你更聪明？| Cell 论文推荐

2018 年 6 月 12 日 科研圈

适度的紫外线照射可以促进神经递质谷氨酸合成，从而提高小鼠脑力。

撰文 Ruth Williams

翻译小勺

审校严冰冰

（图片来源于网络）

阳光紫外线辐射是导致皮肤癌的主要原因，但它也提供了一些健康益处，例如，促进必需维生素 D 的产生，改善情绪。5月17日发表于《细胞》上的一篇文章又将增强学习和记忆能力列入紫外线的意外好处中。

研究人员发现紫外光照射会激活小鼠体内一种分子通路，增加大脑中谷氨酸化合物的产生，提高动物学习和记忆的能力。

“这个课题很有趣，它为最近提出的紫外光调节大脑和中枢神经内分泌系统的理论提供了更多的支持。”没有参与该项研究的阿拉巴马大学皮肤科医生 Andrzej Slominski 在给《科学家》的电子邮件中如是说。

“在皮肤与大脑联系方面，这篇论文有趣而及时。”同样没有参与这项研究的都柏林大学生物医学工程中心的皮肤科学家 Martin Steinhoff 说，“作者做了一个有趣的观察，将中等程度的紫外线暴露和尿酸分子的产生联系在一起。他们假设这种分子进入大脑，通过释放谷氨酸激活谷氨酰胺能神经元，进而加强记忆力和学习能力。

马萨诸塞州总医院兼哈佛医学院皮肤科专家 David Fisher 说，虽然这项工作“引人入胜，非常精巧细致，但这并不意味着紫外线对你有好处…总体来说，紫外线对人类是危险的。”

领导这项研究的中国科技大学的熊伟教授原本没有着手研究紫外线对大脑或皮肤-大脑关联的影响。他在给《科学家》的一封电子邮件中解释说，他是“无意中”得到了这个最初发现。熊伟及其同事使用了他们最近开发的用于分析单个神经元分子组成的质谱技术，实验结果意外揭示了尿酸的存在，这是一种鲜为人知的皮肤受紫外线照射后产生的分子。

“这是一个惊喜，我们查阅了所有的文献，没有发现这种小分子存在于中枢神经系统的报告。”熊伟在邮件中写道。

由于没有多少信息可以继续下去，熊伟及其同事决定检测紫外线是否也能提升大脑中的尿酸含量。他们将脱毛的小鼠暴露于低剂量的 UVB（户外紫外线，人皮肤晒伤的元凶）2小时，然后对小鼠的单个脑细胞进行质谱分析。果然，暴露组小鼠的神经元中尿酸含量增加，而对照组则没有。

尿酸可以吸收紫外线，因而可以保护皮肤免受太阳光的有害影响。但在肝脏和其他外周组织中，尿酸也被认为是将组氨酸转化成谷氨酸的代谢途径中产生的中间分子。鉴于谷氨酸作为兴奋性神经递质在大脑中的作用，熊伟及其同事感兴趣的是测试观察到的神经元中尿酸因紫外线而增加是否与谷氨酸的增加相关。事实上的确如此。

接下来，研究人员揭示，紫外光增强了暴露组动物脑切片中谷氨酰胺能神经元之间的电信号传递，而对照组动物中则没有。当研究人员抑制尿酸酶的活性时，这种紫外线诱导的效果被抑制，尿酸酶能够将尿酸转化为谷氨酸，因而证明尿酸确实是紫外线诱导增强谷氨酰胺活性的中介物。

最后，研究人员揭示，暴露于紫外线的小鼠在运动学习和识别记忆任务上比对照组表现更好。同样采用尿酸酶抑制剂处理动物，可以阻止紫外线诱导学习和记忆的改善。直接向未暴露于紫外线的动物施用尿酸，也可以刺激类似的学习和记忆改善，这与紫外线辐照的结果相似。

这些实验结果是在夜间活动、很少见到太阳的小鼠上获得的，人类是否有同样的反应尚待明确。但是，Fisher 说，如果结果确实成立的话，尿酸可以增强学习和记忆的这一发现，可能是“利用这些信息帮助人类在不暴露于紫外线的危害的同时，获得这些益处”。

原文链接：

https://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/54603/title/Could-a-Dose-of-Sunshine-Make-You-Smarter-/

相关论文信息

标题 Moderate UV exposure enhances learning and memory by promoting a novel glutamate biosynthetic pathway in the brain

作者 Zhu H, Wang N, Yao L, Chen Q et al

期刊 Cell

DOI 10.1016/j.cell.2018.04.014, 2018.

摘要 Sunlight exposure is known to affect mood, learning, and cognition. However, the molecular and cellular mechanisms remain elusive. Here, we show that moderate UV exposure elevated blood urocanic acid (UCA), which then crossed the blood-brain barrier. Single-cell mass spectrometry and isotopic labeling revealed a novel intra-neuronal metabolic pathway converting UCA to glutamate (GLU) after UV exposure. This UV-triggered GLU synthesis promoted its packaging into synaptic vesicles and its release at glutamatergic terminals in the motor cortex and hippocampus. Related behaviors, like rotarod learning and object recognition memory, were enhanced after UV exposure. All UV-induced metabolic, electrophysiological, and behavioral effects could be reproduced by the intravenous injection of UCA and diminished by the application of inhibitor or short hairpin RNA (shRNA) against urocanase, an enzyme critical for the conversion of UCA to GLU. These findings reveal a new GLU biosynthetic pathway, which could contribute to some of the sunlight-induced neurobehavioral changes.

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