本文是针对《适度的紫外线照射可以增强学习和记忆（Moderate UV Exposure Enhances Learning and Memory by Promoting a Novel Glutamate Biosynthetic Pathway in the Brain ）》的一篇论文解析，该论文于2018年3月发表在《cell》上，作者为Hongying，Zhu NingWang，LeiYao等人。
研究背景与问题提出
虽然紫外线照射与几种皮肤疾病有关，但适度的紫外线照射对人体健康有益。 例如，UVB光是一种来自太阳光的辐射能，促进皮肤中维生素D的生成。紫外线辐射已用于治疗某些疾病，如牛皮癣、特应性皮炎、湿疹、皮肤T细胞淋巴瘤、白癜风和尿毒症性瘙痒症等。
有趣的是，紫外光不仅会引起外周效应，还会与各种与CNS相关的神经行为有关。 具体来说，温和的紫外线照射已被证明会影响情绪、成瘾、认知和记忆。然而，对介导UV诱导的神经行为改变的分子和细胞机制知之甚少。本研究则对机制做出了探讨，解决这一问题。
实验方法与结果
已经有研究发现尿刊酸（urocanic acid，UCA ）存在于外周系统中，如皮肤、肝、血液和尿液。研究者们通过单细胞质谱技术（MS）在中枢神经系统发现了尿刊酸，为了进一步探究是否紫外（UV）照射可以改变大脑中尿刊酸的含量，研究者们将小白鼠背部的毛脱除，给予低强度的7mw /cm2 UVB照射 2小时，相当于30分钟的日光照射，如图。
实验组和对照组实验设计
实验发现，UVB照射后血清中尿刊酸水平显著升高，至少持续了240分钟。除此之外，脑脊髓液（cerebrospinal fluid，CSF ）中尿刊酸含量也在UVB照射120分钟后升高了2倍。
实验组和对照组血清中尿刊酸含量
实验组和对照组脑脊髓液中尿刊酸含量
为了进一步验证，研究者们给小鼠静脉注射尿刊酸，使血清中尿刊酸含量升高，实验发现，无论是否紫外光照，脑脊髓液中尿刊酸含量都会升高。研究者又分析了前额叶皮层、运动皮层、杏仁核、伏隔核、背侧纹状体、海马等六个关键的大脑区域，发现每个区域、每份样品里都能检测出尿刊酸，说明尿刊酸这种小分子可以透过血脑屏障（BBB）。
在哺乳动物肝脏和其他周边组织中，尿刊酸是组氨酸(HIS)转化为谷氨酸(GLU)的中间体。为了验证HIS- UCA - GLU在整个大脑中是否存在代谢通路，研究者们使用单细胞质谱技术（MS），收集并分析了在矢状面小鼠大脑切片中随机选取的15个脑区>300个神经元的细胞内样本。其潜伏期显著地导致UCA、IPPA、FMGA和GLU的细胞内水平增加1到2倍，这表明HIS-GLU代谢途径在整个大脑中广泛分布。
HIS、UCA、GLU转换途径
紫外线照射能够增加谷氨酸合成前体尿刊酸的水平，使大脑内谷氨酸水平升高。紫外光照射会促进谷氨酸盐的合成。而且UVB光照后，谷氨酸的突触传递增强，神经突触都靠谷氨酸传递信息。研究者们让小鼠在3次试验前每天接受50 mJ/cm2的UVB照射，进行典型加速旋转类训练（accelerating rotarod training ），为期两天。在紫外线照射后，小鼠在加速旋转训练中的运动技能学习得到了显著的改善。
实验组和对照组小鼠旋转类训练情况
总之，接受模拟阳光照射的小鼠，学习和记忆能力明显提高。静脉注射尿刊酸，小鼠也能提高其学习和记忆能力。而注射尿刊酸酶抑制剂去阻断这一代谢通路，小鼠的学习和记忆能力就会下降。
讨论
尿刊酸是经典的氨基酸代谢产物，会在组氨酸向谷氨酸的变化过程中出现。后续的生化研究也证实，在这些小鼠的大脑内，由组氨酸到尿刊酸，再到谷氨酸的代谢通路都特别活跃。能够吸收UVB，还能够对UVB诱导的DNA光损伤产生一定的保护作用。
值得一提的是，这也是人类在神经元内全新发现的一条谷氨酸合成通路。谷氨酸是一种非常重要的兴奋性神经递质，在运动皮层以及海马的神经末梢释放，进而激活运动学习以及记忆相关的脑内神经环路，增强动物的运动学习能力以及物体识别记忆能力。
研究者就此指出，适度的紫外线照射能诱导中枢神经系统出现积极的变化。它可能会提高学习与记忆力，还有可能改善情绪与认知。如果把小鼠实验推广到人，那么相当于晒了30分钟的太阳。
参考文献：
Hongying，Zhu NingWang，LeiYao et al. (17 May 2018)Moderate UV Exposure Enhances Learning and Memory by Promoting a Novel Glutamate Biosynthetic Pathway in the Brain. Cell.
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