多晒点太阳吧,阳光能让你更聪明!

想更聪明更健康应该是所有人的梦想,尤其是在实验室苦苦做实验的科研狗们,谁不希望自己智商开挂?下面给大家介绍一种最简单易行的方法,那就是——咳咳,多晒点太阳,哈哈!可能大多数童鞋都呲之以鼻,这算啥方法?你还别不信,最近科学家们确实发现适当的太阳紫外线(UV)照射可以增强学习和记忆能力。《圣经》上说:日光之下,并无新事。然鹅,阳光可以让你更善于学习和记忆新事!

 

很多童鞋害怕晒太阳,经常裹得严严实实,生怕皮肤暴露在阳光下。这样的担心是有道理的,太阳紫外线照射是皮肤癌的主要原因,大伙都知道由于大气臭氧空洞的加大,大气层抵挡紫外线的能力比以前弱,使得更多的紫外线到达地球,使得皮肤癌的比例增加,不仅如此,阳光也更容易使人晒黑和晒伤了,作者对此深有体会,以前读书时怎么都晒不黑,去外面旅游即使太阳暴晒,同去的室友晒得像巧克力,我的肤色几乎没有啥变化,可现在这些年,要是还这么晒,不仅第二天身上像画了件白色衣服,其他地方明显变黑,而且会感觉被晒处皮肤有痛感,太严重的时候会有小的水泡,伤不起啊~

 

不过很多事情都是有利也有弊,凡事都有度。虽然强烈的紫外线有导致皮肤癌的风险,但它也提供了一些健康益处,比如促进必需维生素D的产生和改善情绪。说到维生素D,它能促进钙的吸收哦,钙可是形成骨头的主要成分,缺钙的后果可想而知,最直接的会导致佝偻病,佝偻病的全称是维生素D缺乏性佝偻病,医学解释是佝偻病是一种由于维生素D缺乏引起,是可以预防的幼儿骨骼疾病。根据这个定义,如果宝宝出现了骨骼发育不良,比如说方颅、肋缘外翻、X型腿、O型腿,那么他缺乏的是维生素D,而不是钙。也就是说是由于维生素D缺乏引起了钙吸收不良。那么维生素D它主要来源于哪呢?前面我们已经提到过它是人体自身通过晒太阳就能合成的,那么也就意味着我们在日常的食物中很少能够获得它。但有一些食物却可以提供维生素D,比如经常吃深海鱼,像是金枪鱼、三文鱼等。还有一些少量的维生素D存在于奶酪和蛋黄中,另外就是一些维生素D强化的食物比如说孩子的奶粉等。但最主要的方式就是通过晒太阳,皮肤自己合成。这是世界上有很多女性,比如阿拉伯女性和穆斯林女性一直都得包的像粽子,只露出2只眼睛,如下图:

 

蒙面女生

 

她们会怎样呢?调查早就发现蒙面阿拉伯女性、非蒙面阿拉伯女性、丹麦穆斯林女性血液中甲状旁腺激素分别为57%、55%、20%,她们都表现出维生素D缺乏症,除了容易发生佝偻病而且会产生继发性高甲状旁腺激素症状。真是命运悲惨啊——

 

关于改善情绪,很多人应该都会觉得到外面晒晒太阳呼吸点新鲜空气会感觉心情变好吧?人们还发现阳光照射对神经系统也有一定程度的影响,例如适度的日光照射可以改善人们的情绪和认知。然而,由于研究手段的局限,对日光照射引起与神经系统相关的行为变化的深层机制目前并不清楚。而日光照射皮肤最终如何影响脑内神经细胞的代谢以及神经环路的功能也一直是个未解之谜。

 

不八卦了,说正事。近期,一项新的研究报道显示紫外线还有其他一些意想不到的好处:增强学习和记忆功能。相关研究结果于2017年5月17日在线发表在Cell期刊上,论文标题为“Moderate UV Exposure Enhances Learning and Memory by Promoting a Novel Glutamate Biosynthetic Pathway in the Brain”。

 

紫外线增强学习和记忆功能
在这项研究中,来自中国科学技术大学、中国科学院昆明动物研究所和中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心的研究人员发现在小鼠中,紫外线照射可激活一种增加大脑化学物谷氨酸产生的分子通路,提高它们的学习和记忆能力。中国科技大学生命科学学院熊伟教授研究组与中科大化学学院黄光明教授研究组合作,通过单细胞质谱、光遗传、分子生物学、电生理及动物行为学等技术方法,揭示了一条脑内谷氨酸合成新通路及其参与日光照射改善学习记忆的分子及神经环路机制。

 

这是自 70-80 年代之后,再度发现新的脑内谷氨酸生物合成通路。由于谷氨酸在大脑内具有参与细胞内蛋白合成、能量代谢以及兴奋性神经信号传递等多种重要的生理功能,因此该通路的发现对于了解大脑工作机理以及探索相关疾病发生机制都将起到非常重要的作用。中科大生命学院博士后朱洪影以及博士研究生王宁为该论文的共同第一作者。熊伟教授与黄光明教授为论文的通讯作者。中科大薛天教授、宋晓元教授、合肥物质科学研究院钟凯研究员及中国科学院昆明动物研究所李家立研究员等课题组均参与了本项目研究。该研究工作得到了基金委、科技部、中科院先导专项以及中组部青年千人计划等资助。该工作还得到中国科学技术大学同步辐射实验室光电离质谱线站的仪器与技术支持。

 

有趣的是,领导这项研究的中国科学技术大学生命科学学院教授熊伟(Wei Xiong)博士并未着手研究紫外线对大脑或皮肤-大脑关联的影响,也就是说这完全是个意外收获!他在发送给《科学家》杂志的电子邮件中解释道,他是“近乎偶然地”获得了他的最初发现。当熊教授和他的同事们在他们的研究结果中意料之外揭示出尿刊酸( UCA)---作出对紫外线作出的反应,皮肤产生一种的鲜为人知的分子---存在时,他们使用了他们最近开发的用于分析单个神经元分子含量的质谱技术(PNAS, 7 March 2017, doi:10.1073/ pnas.1615557114)。

 

重要的科学发现经常以出人意料让你意想不到的方式出现,这就是科学的迷人之处,有木有?而且质谱这种看起来很传统的老技术经过不断改进经常发挥出意想不到的功效,还记得我们以前聊过的《SWATH技术在蛋白质组学等多领域的应用》吧?也是与质谱有关哦,再提下:SWATH(Sequential Window Acquisition of all THeoretical Mass Spectra)是瑞士苏黎世联邦理工学院的Ruedi Aebersold 博士及其团队与AB-SCIEX联合推出的一项全新的质谱技术。它的基本原理是:依靠4个杆间电场的变化来选择离子。图1中,第一个四级杆Q1选择一定质荷比的离子,第二个四级杆Q2作为碰撞室,诱导碎片化反应,而后在质量飞行器TOF中扫描碎片离子。

 

SWATH 采集技术是一项突破性技术,它让分析人员只需一次分析,就能同时对样品中几乎所有可检测的化合物进行全面鉴定和定量分析 (MS/MSALL)。它将扫描范围划分为以25 Dalton为间隔的一系列区间,通过超高速扫描来获得扫描范围内全部离子的所有碎片信息,以蛋白质组学样品分析中常见的扫描范围400~1200为例,每25Dalton作为一个扫描间隔(SWATH),每个SWATH扫描时间设定为100ms,那么该扫描范围累计需要32个SWATH(1200-400/25=32),完成一次扫描仅需要3.2秒。与传统的shot-gun技术相比,SWATH采集模式能够将扫描区间内所有的肽段母离子经过超高速扫描并进行二级碎裂,从而获得完整的肽段信息。因此,SWATH技术是一种真正全景式的、高通量的质谱技术。同时也解决了shot-gun鉴定较低重复度的缺点。

 

继续说尿刊酸( UCA)的事,熊教授写道,“这是令人吃惊的,这是因为我们检查了所有的文献,并没有发现关于这种小分子在中枢神经系统中存在的报道。”在没有任何可以继续开展研究的信息的情形下,熊教授和他的同事们决定观察紫外线是否也能够增加大脑中的尿刊酸含量。他们让剃光毛发的小鼠接受低剂量紫外线B(UVB)---导致人体晒伤的短波紫外线---照射2小时,然后对这些小鼠的单个脑细胞进行质谱分析。果然,接受紫外线照射的小鼠神经元中的尿刊酸水平增加,但是对照小鼠神经元中的尿刊酸水平则没有增加。

尿刊酸能够吸收紫外线,也因此可能保护皮肤免受太阳的有害影响。不过在肝脏和其他外周组织中,已知尿刊酸是一种在将组氨酸转化为谷氨酸的代谢途径中产生的中间分子。考虑到谷氨酸在大脑中起着一种兴奋性神经递质的作用,熊教授和他的同事们想要测试一下这种在神经元中观察到的紫外线依赖性尿刊酸增加是否可能与增加的谷氨酸产生存在关联。它确实如此。

接下来,熊教授和他的同事们证实在从接受紫外线照射的小鼠体内获取的大脑切片中,紫外线增加谷氨酸胺能神经元之间的电传递,但是对对照小鼠而言,这种情形没有发生。当这些研究人员抑制将尿刊酸转化为谷氨酸的尿刊酸酶(urocanase)活性时,这种紫外线诱导的效应被阻止,这就表明尿刊酸确实是紫外线诱导的谷氨酸能活性增加的调节物。

最后,熊教授和他的同事们证实相比于未接受紫外线照射的小鼠,接受紫外线照射的小鼠在运动学习和识别记忆任务方面表现得更好。如前所述,利用尿刊酸酶抑制剂处理这些接受紫外线照射的小鼠会阻止紫外线引起的学习和记忆能力改善。将尿刊酸直接注射到未接受紫外线照射的小鼠体内也会类似地促进在那些接受紫外线照射的小鼠中观察到的学习和记忆能够改善。

来自美国麻省总医院和哈佛医学院的皮肤科医生David Fisher(未参与这项研究)说,尽管这项研究“是非常吸引人的、非常细致的和非常详细的,但是这并不意味着紫外线实际上对人是有益的. . . .总体而言,对于人类来说,紫外线确实是危险的。”。这些在小鼠中获得的研究结果是否在人体中也是如此还有待确定。不过,Fisher说,如果这些结果确实也适用于人体,那么单独使用尿刊酸就可能增强学习和记忆能力的发现可能提示着“利用这种信息让人们受益,同时无需遭受紫外线的破坏性影响。”

 

美国阿拉巴马大学皮肤科医生Andrzej Slominski(未参与这项研究)在发送给《科学家》杂志的电子邮件中写道,“这个问题引起了人们极大的兴趣,这是因为它为最近提出的关于紫外线调节大脑和中枢神经内分泌系统的理论提供了进一步的支持。”

爱尔兰都柏林大学生物医学工程中心皮肤科学Martin Steinhoff(未参与这项研究)指出,“这是一篇有趣而及时的研究皮肤-大脑关联的论文。这些作者们对适度的紫外线照射与尿刊酸(urocanic acid)分子产生之间存在的关联进行了有趣的观察。他们假设这种分子进入大脑,通过谷氨酸释放激活谷氨酸能神经元,也因此记忆和学习的能力增加了。”
紫外线照射与尿刊酸(urocanic acid)分子

最后用个简单的图归纳下这项流弊的研究成果,我们下次再聊点其他有趣的事。

 

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