一項新的研究表明，在胚胎髮育過程中調節基因功能的機制，可能與形成記憶的機制相同——這一發現可能為治療某些精神疾病的新療法鋪平道路。
神經科學長期以來認為，當胎兒完全發育成熟時，一個名為 DNA 甲基化的過程就會停止。（DNA 甲基化是指在基因的 DNA 骨架上新增一個龐大的甲基基團，從而阻礙其翻譯成蛋白質的過程。）當時的觀點是，由於神經元或神經細胞不再複製，因此無需關閉基因（或透過去甲基化開啟基因），而這發生在新的細胞在神經系統中轉變成不同角色時。
然而，自 1987 年在成年人的神經元中發現一種執行甲基化的酶以來，越來越多的證據與此相反。《神經元》雜誌本週發表的一項研究提供了關鍵證據，表明 DNA 甲基化——已知也發生在癌細胞分裂時，當腫瘤抑制基因被沉默時——發生在成人大腦中，並且可以被環境線索觸發。研究合著者、阿拉巴馬大學伯明翰分校的神經生物學家大衛·斯韋特表示，這一發現可能為治療精神疾病（如精神分裂症和自閉症譜系障礙雷特綜合徵）提供新的靶點，在這些疾病中，不適當的甲基化會在發育過程中關閉某些基因。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。透過購買訂閱，您將幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
最近的研究表明，在記憶形成過程中，染色質（細胞中容納 DNA 的複合物）會發生結構變化。甲基化是所謂的表觀遺傳過程之一——這些過程並非專門設計用於影響基因——可以改變染色質。因此，斯韋特和研究合著者、博士後研究員考特尼·米勒著手確定甲基化是否在記憶形成中發揮作用，並將目標鎖定在海馬體，即位於中腦中與情景記憶有關的兩個彎曲區域。
他們透過訓練小鼠對某種環境產生恐懼來做到這一點，方法是在一個封閉的盒子中對它們的腳進行輕微電擊。他們將小鼠移走 24 小時，但當放回盒子時，小鼠表現出害怕的僵硬姿勢，表明它們記住了在那裡令人震驚的經歷。研究人員在進行研究時取出了海馬體切片，以觀察是否發生了任何甲基化或去甲基化。“我們不得不對甲基化狀態可能發生哪些變化做出有根據的猜測，”斯韋特說。研究小組專注於兩個特定基因：蛋白磷酸酶 1 (PP1)，一種已知的記憶抑制因子，以及 reelin，一種記憶促進基因。
果然，在運動後一小時內，reelin 已經被去甲基化或開啟，而 PP1 已經被關閉。研究小組在給小鼠服用抑制甲基化的藥物後重復了實驗。結果：當動物再次被放入電擊箱時，它們沒有表現出恐懼，表明記憶沒有被儲存。
斯韋特認為，他在海馬體中的發現適用於參與記憶處理的其他區域，包括大腦皮層（大腦的最外層）和杏仁核（中腦中兩個杏仁狀結構）。“我推測，這種 DNA 甲基化調控很可能是一種通用的分子裝置，參與了所有記憶的形成，”他說。“各處的神經元都可能使用這種基本機制。”
蒙特利爾麥吉爾大學的神經藥理學家摩西·希夫熱情地接受了該團隊的發現。“儘管該領域的傳統觀點長期以來一直認為，DNA 甲基化在出生後是固定的，尤其是在非分裂細胞（如神經元）中，但我堅信這種觀點是錯誤的，並且 DNA 甲基化與任何其他已知的生物訊號一樣，是可逆的，”他說。“我堅信 DNA 甲基化/去甲基化在學習和記憶中起著至關重要的作用。”
斯韋特同意，這些發現可能對雷特綜合徵和精神分裂症等認知障礙產生影響。例如，在精神分裂症中，已知由於錯誤的甲基化，reelin 釋放過少。斯韋特說，由於 DNA 甲基化在成人大腦中“發揮作用”，這些疾病可能更容易受到干預，“可能不像人們想象的那麼根深蒂固”。
伊利諾伊大學芝加哥分校的分子神經生物學家丹尼斯·格雷森表示，這一發現可能會將精神分裂症的治療轉移到“染色質生物學的藥理學，而不是受體的藥理學”。傳統的抗精神病藥物已使用了 40 年，已知可以透過阻斷多巴胺（一種神經遞質，對大腦的獎勵系統以及注意力和解決問題等認知過程至關重要）的受體來緩解某些患者的疾病症狀。“我們可能需要專注於以減少甲基化的方式修飾染色質的藥物，”格雷森說，“以‘開啟’精神分裂症中缺失的基因。”