你能認出多年未見的人，但卻很容易忘記昨天早餐吃了什麼？我們的大腦不斷重新排列電路，以記住熟悉的面孔或學習新技能，但人們對這一過程的分子基礎並不十分清楚。今天，科學家們報告說，被稱為糖胺聚醣（GAGs）的複雜糖分子上的硫酸基團會影響小鼠大腦的”可塑性”。確定糖胺聚醣的功能有助於我們了解人類記憶和學習的原理，並為修復受傷後的神經連接提供方法。

複雜的糖分子控制著神經元周圍網（圖中綠色）的形成，這些網環繞著神經元，幫助穩定大腦中的連接。資料來源：Linda Hsieh-Wilson 實驗室

研究人員於8月16日在美國化學學會（ACS）秋季會議上展示了他們的研究成果。美國化學學會2023年秋季會議將於8月13-17日以虛擬和現場相結合的方式舉行，大約有12000個關於各種科學主題的報告。

複合糖和大腦可塑性

給水果、糖果或蛋糕增添甜味的糖實際上只是多種醣類中的幾個簡單品種。當它們串聯在一起時，就能形成各種各樣的複合糖。GAG是通過連接其他化學結構（包括硫酸基團）而形成的。

“如果我們研究大腦中GAGs 的化學結構，就能了解大腦的可塑性，並希望將來能利用這些信息恢復或增強記憶中的神經連接，”在會議上介紹這項研究的項目首席研究員琳達-謝-威爾遜（Linda Hsieh-Wilson）博士說。

她解釋說：”這些糖能調節許多蛋白質，它們的結構在發育過程中和疾病發生時會發生變化。”謝-威爾遜現就職於加州理工學院（Caltech）。

在大腦中，最常見的GAG 形式是硫酸軟骨素，它存在於大腦許多細胞周圍的細胞外基質中。硫酸軟骨素還能形成被稱為”神經元周圍網”的結構，這種結構包裹著單個神經元，並穩定它們之間的突觸連接。

硫酸化模式及其影響

改變GAG 功能的一種方法是硫酸化圖案，即糖鏈上的硫酸基團模式。謝-威爾遜的團隊對這些硫酸化模式如何發生改變，以及它們可能如何調控神經可塑性和社會記憶等生物過程很感興趣。有朝一日，研究人員也可以通過調節這些功能來治療中樞神經系統損傷、神經退行性疾病或精神疾病。

當研究小組刪除了小鼠體內負責形成硫酸軟骨素兩種主要硫酸化模式的Chst11 基因後，小鼠的神經元周圍網出現了缺陷。然而，在沒有硫酸化圖案的情況下，神經元網絡的數量實際上增加了，從而改變了神經元之間突觸連接的類型。此外，這些小鼠無法辨認出它們以前接觸過的小鼠，這表明這些模式會影響社會記憶。

記憶和治療的潛力

有趣的是，這些網絡可能比以前認為的更具活力–它們可能在兒童期和成年期都發揮著作用。當研究人員在成年小鼠的大腦中特異性地靶向Chst11 時，他們發現它對神經週細胞網和社會記憶產生了同樣的影響。

謝-威爾遜說：”這一結果表明，有可能在青春期或成年期操縱這些網絡，從而有可能重新連接或加強某些突觸連接。”

在最近的其他實驗中，研究小組希望了解GAGs 及其硫酸化模式如何影響軸突再生，或神經元在損傷後的自我重建能力。研究人員目前正在努力確定能與特定硫酸化圖案結合的蛋白質受體。

到目前為止，他們已經發現，特定基團會導致這些受體在細胞表面聚集在一起，抑制再生。阻斷這一過程可以創造出促進軸突再生的工具或治療方法。Hsieh-Wilson說，對這一過程有更深入的了解有朝一日可以幫助修復某些神經退行性疾病或中風造成的損傷。