光能影响情绪和学习

光在图像视觉之外发挥一系列强大的生物效应，包括情绪和学习调节。 虽然影响情绪和认知功能的光学信息的来源已经很好地建立，但是具体机制不是很清楚。2018年8月31日，美国NIH Hattar及Fernandez共同通讯在Cell在线发表题为“Light Affects Mood and Learning through Distinct Retina-Brain Pathways”的研究论文，该论文揭示了光影响情绪和学习所需的神经基础提供了新的见解。这些发现揭示了两种不同的视网膜 - 脑通路，它们介导光对情绪和认知的直接影响；

    太阳周期作为调节哺乳动物行为的信号的恒定性，尤其体现在光对情绪和认知的强大影响中。这些影响已记录在实验动物以及人类中。与光相关的抑郁症状和认知功能障碍可以通过自然条件或人们自己的机构通过跨越时区旅行和经历时差或轮班工作来实现。这些情绪影响的程度很大，大约20％的人口受到影响，症状相当普遍，包括快感缺乏和无助感。

在哺乳动物中，光检测仅在视网膜中发生。除了经典的视杆细胞和视锥光感受器之外，视网膜神经节细胞（RGC）的亚群表达了色素黑素（Opn4），使其成为本征光敏（ip）RGC，构成第三类光感受器。目前，已经描述了5种亚型（M1-M5）的ipRGC。它们的中心投影充分地不同，在这种变化中反映了它们参与的非成像视觉功能的多种形式性质，例如昼夜节律摄影和睡眠调节。

值得注意的是，在缺失ipRGCs的小鼠中也对情绪和光学习产生重大影响，表明ipRGC是驱动这些行为效应的主要感觉通道。然而，调解这些影响的ipRGC中心目标仍然未知。

在这里，研究人员发现投射到视交叉上核（SCN）的ipRGCs介导光对学习的影响，与SCN的功能无关。 另一方面，通过光的情绪调节需要SCN非依赖性途径将ipRGC连接到先前未识别的丘脑区域，称为周围核（PHb）。 PHb集成在具有情绪调节中心的独特环路中，对于驱动光对情感行为的影响是必要且充分的。 总之，这些结果为光影响情绪和学习所需的神经基础提供了新的见解。这些发现揭示了两种不同的视网膜 - 脑通路，它们介导光对情绪和认知的直接影响。

原文链接：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(18)31020-1#

另外，2018年5月17日，中国科学技术大学的研究人员们在Cell上在线发表了题为“Moderate UV Exposure Enhances Learning and Memory by Promoting a Novel Glutamate Biosynthetic Pathway in the Brain”的研究论文。研究人员建立了基于膜片钳和MS技术相结合的单细胞质谱（MS）方法，可用于研究单个神经元胞内成分的代谢过程。在这里，研究人员使用这项新技术来探讨单神经元的分子和代谢机制，调节紫外线暴露诱导的神经行为变化，如改善运动学习和识别记忆。表明，中度紫外线暴露提高了血尿氨酸(UCA)，然后跨越血-脑屏障。单细胞质谱和同位素标记揭示了紫外线照射后UCA向谷氨酸(GLU)转化的一种新的神经元内代谢途径。这一发现揭示了一种新的GLU生物合成途径，它可能有助于一些阳光诱导的神经行为改变。

虽然紫外线暴露与几种皮肤病有关，但适度的紫外线暴露对人类健康是有益的。例如，UVB光是来自阳光的一种辐射能，它促进皮肤产生维生素。紫外线辐射已被用于治疗某些疾病，如银屑病、特应性皮炎、湿疹、皮肤T细胞淋巴瘤、白癜风和尿毒症瘙痒。有趣的是，紫外线不仅会引起外周效应，而且还与中枢神经系统相关的各种神经行为有关。具体而言，中度紫外线暴露已显示影响情绪、成瘾、认知和记忆。然而，对于介导紫外线引起的神经行为改变的分子和细胞机制，人们了解相对较少。

慢性紫外线暴露导致皮肤或血液中蛋白质、肽和小分子水平的改变，如黑色素、B-内啡肽、维生素D和一氧化氮。越来越多的证据表明，紫外线引起的血液中化学物质的这些周边变化可能影响大脑。例如，紫外线暴露提高皮肤B-内啡肽，它可能穿过血脑屏障（BBB），从而导致阿片类物质的抗伤害性和诱导对小鼠紫外光的成瘾。这一发现暗示了紫外线引起的血液循环物质的外周变化和大脑功能之间的联系。此外，表皮和血浆中的尿酸（UCA）小分子水平在紫外线照射后立即增加。

使用单细胞MS鉴定神经元中的UCA

这种化合物吸收UV光并因此赋予紫外线抗性。血液中UCA升高对人体的生物学效应，特别是对脑功能的影响，目前还未见报道。总体而言，由于缺乏适当的技术支持，在单个神经元水平上敏感地和准确地测量细胞内代谢物，将紫外线暴露引起的血液中的小分子水平的改变与脑中的变化联系起来仍然是有挑战性的。最近，研究人员已经建立了基于膜片钳和MS技术相结合的单细胞质谱（MS）方法，可用于研究单个神经元胞内成分的代谢过程。在这里，研究人员使用这项新技术来探讨单神经元的分子和代谢机制，调节紫外线暴露诱导的神经行为变化，如改善运动学习和识别记忆。

UVB暴露对HPC CA3 - CA1谷氨酸能突触传递的影响

众所周知，阳光照射会影响情绪、学习和认知。然而，其中的分子和细胞的机制仍未明确。在这里，研究人员表明，中度紫外线暴露提高了血尿氨酸(UCA)，然后跨越血-脑屏障。单细胞质谱和同位素标记揭示了紫外线照射后UCA向谷氨酸(GLU)转化的一种新的神经元内代谢途径。这种紫外线引发的GLU合成促进了它在突触小泡中的包装，并促进了它在运动皮层和海马的谷氨酸能末端释放。紫外线暴露后，相关行为如rotarod学习和对象识别记忆增强。所有紫外线诱导的代谢、电生理和行为效应都可以通过静脉注射UCA来复制，并通过使用抑制剂或ShRNA来抑制尿激酶，这是UCA转化为GLU的关键酶。这些发现揭示了一种新的GLU生物合成途径，它可能有助于一些阳光诱导的神经行为改变。

原文链接：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(18)30507-5

编辑：彭志平