《ASER 感觉可塑性：线虫短期盐趋化学习记忆信息的 “编码器”

《iScience》：Sensory plasticity caused by up-down regulation encodes the information of short-term learning and memory

2. 为探究线虫短期盐趋化学习（SCL）的潜在机制，研究人员以秀丽隐杆线虫为模型展开研究。结果发现，ASER 感觉可塑性编码了 SCL 信息，RIC、RIS 等神经元及 FLP-14/FRPR-10 等信号通路参与其中。该研究揭示了短期学习记忆的新机制113。

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在神秘的生物世界里，学习和记忆就像一把神奇的钥匙，它对于动物在复杂多变的环境中生存与繁衍起着至关重要的作用。一直以来，科学家们都致力于探索学习和记忆背后的神经机制，这也是神经科学研究领域的核心任务之一。然而，尽管已经取得了一些进展，但仍有许多关键问题尚未得到解答，比如感觉可塑性在学习和记忆过程中究竟扮演着怎样的角色，一直是神经科学界悬而未决的谜题。

为了深入探究这些问题，华中科技大学生命科学与技术学院生物物理与生物化学研究所分子生物物理教育部重点实验室以及湖南大学生物学院细胞信号基础学科湖南研究中心、化学生物传感与计量学国家重点实验室的研究人员展开了一项关于秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）的研究。该研究成果发表在《iScience》杂志上，为我们理解学习和记忆的机制提供了全新的视角。

研究人员运用了多种关键技术方法来开展此项研究。在实验模型上，使用秀丽隐杆线虫作为研究对象，并对其进行培养和基因编辑。通过反向遗传筛选、遗传操作确定相关基因的功能；利用 AlphaFold2 预测神经肽 / 受体相互作用；借助定量行为测定评估线虫的行为变化；采用体内 Ca²⁺成像技术监测神经元内 Ca²⁺信号变化；还运用神经元操纵技术调控神经元的活动。

研究结果主要从以下几个方面展开：

• 神经肽 FLP-14/FRPR-10 信号对盐趋化学习的作用：研究人员通过修改后的盐趋化学习测试范式，发现神经肽参与盐趋化学习（SCL），其中 FLP-14 作用显著。通过筛选和实验验证，确定 FRPR-10 为 FLP-14 在 SCL 中的受体，且 FLP-14/FRPR-10 信号通路对 SCL 至关重要23。
• ASER-RIS 电路在盐趋化学习中的作用：通过荧光成像、遗传分析和神经元操纵实验，发现 FLP-14 在 ASER 神经元中发挥作用，FRPR-10 在 RIS 神经元中发挥作用，二者介导从 ASER 到 RIS 的神经传递，参与 SCL。并且，FRPR-10 通过 Gs-ACY-1 信号通路发挥作用45。
• FLP-14/FRPR-10 信号通路对 ASER 感觉可塑性的影响：利用 Ca²⁺荧光成像技术发现，在 SCL 过程中 ASER 盐感觉被重塑，而 FLP-14/FRPR-10 信号通路不仅对 SCL 至关重要，还参与 ASER 可塑性的调节，这表明感觉可塑性可能是短期学习和记忆的一种机制67。
• 神经肽 PDF-2 对盐趋化学习和 ASER 感觉可塑性的调节：研究发现 RIS 释放的神经肽 PDF-2 通过 PDF-2/PDFR-1 信号通路作用于 ASER，调节 SCL 行为和 ASER 感觉可塑性，该通路介导了 RIS 对 ASER 的神经体液调节89。
• RIC 对盐趋化学习的调控机制：通过对相关基因突变体的研究以及药理学实验，发现 RIC 通过 tyraminergic TYRA-2 和 octopaminergic OCTR-1 信号通路，分别在 ASER 和 AIY 中发挥作用，调节盐趋化学习。并且，盐条件下 RIC 活性被抑制，影响其对 AIY 和 ASER 的调节作用1011。
• ASER 感觉可塑性与短期盐趋化学习的关系：研究表明，ASER 感觉可塑性与短期盐趋化学习呈正相关，是该学习行为的重要原因，其时间进程与短期 SCL 一致，编码了短期 SCL 的信息。同时，通过化学遗传学实验发现，ASER 参与学习和记忆回忆，而 RIC 和 RIS 仅参与学习过程1214。

在结论与讨论部分，研究人员指出，他们成功鉴定出了短期 SCL 的神经回路机制。主盐感觉神经元 ASER 和中间神经元 RIC、RIS、AIY 在 SCL 中起关键作用。RIC 整合食物和 NaCl 信号，盐条件下其活性改变，影响对 AIY 和 ASER 的调节，进而导致行为变化和 ASER 感觉可塑性。ASER 和 RIS 形成的负反馈回路对短期 SCL 和 ASER 感觉可塑性至关重要。此外，研究还发现 ASER 感觉可塑性编码了短期盐趋化学习的信息，为理解短期学习和记忆提供了新的模型。然而，研究也存在一定的局限性，如在监测 ASER 和 RIC 对 NaCl 刺激的 Ca²⁺反应时，使用的是固定动物的短期 Ca²⁺成像技术，未来需要对自由移动线虫进行长期 Ca²⁺成像以更深入地研究。

总的来说，这项研究为我们理解学习和记忆的机制提供了重要的线索，为后续相关研究奠定了坚实的基础，有望推动神经科学领域在学习和记忆研究方向上取得更多的突破。