星形胶质细胞锚蛋白-2(Ank2/ankyrin-B)介导小鼠海马记忆持久性(Memory Persistence)

《Nature Communications》：Astrocytic ankyrin-2 enables memory persistence in the mouse hippocampus

　　

摘要：记忆持久性(Memory persistence)——即将习得信息随时间保留的能力——是长期记忆的基本特征。尽管星形胶质细胞(Astrocyte)参与突触可塑性，但其支持记忆持久性的分子机制尚不清楚。本研究表明，成年小鼠中星形胶质细胞特异性缺失锚蛋白-2(Ankyrin-2, Ank2)会损害远期记忆(Remote memory)而不影响近期记忆(Recent memory)，并破坏长时程增强(Long-term potentiation, LTP)的维持。Ank2缺失减少了星形胶质细胞与印迹神经元(Engram neuron)的接触，并损伤了脑源性神经营养因子(Brain-derived neurotrophic factor, BDNF)经截短型原肌球蛋白受体激酶B(Truncated tropomyosin receptor kinase B, TrkB.T1)及1,4,5-三磷酸肌醇受体2型(Inositol 1,4,5-trisphosphate receptor type 2, IP3R2)所驱动的星形胶质细胞形态发生。与此机制一致，海马BDNF灌注对记忆持久性的增强作用依赖于星形胶质细胞Ank2。此外，选择性光遗传学激活星形胶质细胞TrkB.T1信号可增强远期记忆，证明星形胶质细胞BDNF信号足以促进记忆持久性。这些发现确定星形胶质细胞Ank2是长期记忆持久性的关键调节因子。

论文解读：《星形胶质细胞锚蛋白-2(Ank2)介导小鼠海马记忆持久性》

本文于2026年发表于《Nature Communications》。

一、研究背景与立项依据

记忆持久性(Memory persistence)是长期记忆的核心特征，依赖于海马及相关脑区的突触可塑性及系统巩固。星形胶质细胞通过其包绕突触的终足(Perisynaptic processes/leaflets)形成三联突触(Tripartite synapse)，在学习后可发生结构性重塑以支持突触稳定及记忆处理，但其调控记忆持久性的分子机制不明。锚蛋白-2(Ankyrin-2, Ank2/ankyrin-B)是锚定离子通道与转运体的支架蛋白，在脑内星形胶质细胞中表达量不低于神经元，星形胶质细胞主要表达220 kDa异构体。既往研究多关注神经元Ank2，其在神经元中缺失不影响学习记忆，而星形胶质细胞Ank2的功能及其是否参与记忆持久性完全未知。本研究旨在探明星形胶质细胞Ank2是否及如何调控记忆持久性、星形胶质细胞形态发生及BDNF(Brain-derived neurotrophic factor)依赖性突触可塑性。

二、主要关键技术方法

研究人员使用GFAP-CreER^T2诱导性条件敲除小鼠(Ank2^fl/fl;GFAP-CreER^T2，简称Ank2^GFAPcKO)及海马区AAV-GfaABC1D-NLS-Cre介导的星形胶质细胞特异性Ank2敲除模型；采用情境恐惧条件反射(Contextual fear conditioning, CFC)评估近期记忆(1天)与远期记忆/记忆持久性(14天)、消退实验及物体位置记忆测试；通过全细胞膜片钳记录星形胶质细胞被动电导、静息电位、缝隙连接耦合及CA1锥体神经元兴奋性、自发性突触后电流(sEPSC/sIPSC)、场兴奋性突触后电位(fEPSP)检测LTP(早期E-LTP与晚期L-LTP)；利用GFAP免疫染色三维重建与AAV-PHP.eB-GFAP-Lck-GFP稀疏标记进行Sholl分析与星形胶质细胞体积/表面积定量；借助透射电镜(TEM)计数兴奋性与抑制性突触密度；应用星形胶质细胞-印迹神经元接触可视化技术(astrocyte-eGRASP, Engineered GFP Reconstitution Across Synaptic Partners)；通过Co-IP验证Ank2与IP₃R1/IP₃R2结合；使用AAV-GFAP-Opto-cytTrkB.T1(Opto-T1)光遗传工具选择性激活星形胶质细胞TrkB.T1信号；海马内BDNF灌注及微弱条件化范式检验BDNF依赖的记忆持久性增强；体外脑片BDNF(50 ng/ml)处理检测星形胶质细胞形态发生反应(含蛋白合成抑制剂Anisomycin对照)。所有行为学实验使用同龄同窝对照雄性小鼠。

三、研究结果

Astrocytic Ank2 deletion leads to reduced memory persistence（星形胶质细胞Ank2缺失导致记忆持久性降低）

通过情境恐惧条件反射检测发现，Ank2^GFAPcKO小鼠获得期冻僵(Freezing)正常，近期记忆(训练后1天)无差异，但远期记忆(训练后14天)显著受损，记忆持久性指数(远程/近期冻结比)下降。消退实验显示两组均正常消退且无组间差异，排除加速消退所致；昼夜节律与代谢指标无差异。物体位置记忆测试中cKO小鼠亦失效。海马CA1区AAV-Cre特异性敲除重现上述表型——近期记忆完好、远期记忆与持久性降低。表明星形胶质细胞Ank2是海马依赖性远程记忆持久性所必需。

Astrocytic Ank2 deletion leads to simplified morphology of hippocampal astrocytes（星形胶质细胞Ank2缺失致海马星形胶质细胞形态简化）

GFAP染色三维重建与Lck-GFP全貌标记显示，cKO小鼠海马星形胶质细胞体积、表面积、Sholl交点数、总分支长度及分支点数均显著减少，终足标记Ezrin轻度降低，星形胶质细胞数目不变。提示Ank2是维持星形胶质细胞结构复杂性所需。

Ank2-deleted astrocytes maintain normal passive conductance and form astrocyte syncytium（Ank2缺失星形胶质细胞保持正常被动电导与缝隙连接耦联）

全细胞记录显示cKO与对照星形胶质细胞被动电导、整流指数、静息膜电位无差异；Texas Red示踪显示单个星形胶质域缩小（与形态简化一致），但生物素(Biotin)经缝隙连接扩散范围无差异。CA1锥体神经元内在兴奋性、静息电位、sEPSC与sIPSC振幅/频率、fEPSP输入-输出曲线及成对脉冲比(Paired-pulse ratio)均无组间差异，说明Ank2缺失引起的形态改变不直接影响基础突触传递或神经元兴奋性。

Astrocytic Ank2 deletion impairs LTP maintenance and reduces learning-dependent astrocytic contacts with engram neurons（星形胶质细胞Ank2缺失损害LTP维持并减少学习依赖的星形胶质细胞-印迹神经元接触）

Schaffer侧支12×TBS诱导BDNF依赖性L-LTP，对照组LTP维持≥3小时，cKO组早期E-LTP正常但晚期L-LTP衰减，基线稳定。TEM显示cKO海马CA1兴奋性突触密度轻微升高（代偿性），抑制性突触密度不变。Astrocyte-eGRASP显示，尽管近期记忆无差异，cKO小鼠学习后星形胶质细胞与c-fos标记的印迹神经元接触点密度显著低于对照，说明Ank2缺失削弱学习诱导的星形胶质细胞-印迹神经元物理连接。

Ank2 binds to IP3R2 that regulates astrocytic Ca²⁺signaling and BDNF-dependent morphogenesis（Ank2结合IP₃R2并调控星形胶质细胞Ca²⁺信号与BDNF依赖性形态发生）

Co-IP证实脑裂解物中Ank2与IP_{33R2结合（与IP3R3极弱），cKO中海马IP3R2蛋白水平降低。钙成像(jRCaMP1a)显示Ank2缺失星形胶质体细胞体Ca²⁺振幅及微域Ca²⁺振幅/频率均降低（类似Ip3r2^-/-表型）。表达显性负性IP3R2锚蛋白结合域(IP3R2 ABD^955-991)阻断体内BDNF灌注引起的GFAP体积增加。表明Ank2-IP3R2互作介导BDNF-TrkB.T1-IP3R2信号轴下的星形胶质细胞形态发生。}

Ank2 is essential for BDNF-dependent astrocyte morphogenesis（Ank2是BDNF依赖性星形胶质细胞形态发生所必需的）

离体脑片BDNF处理使对照星形胶质细胞GFAP体积显著增加，cKO小鼠此反应大幅减弱（BDNF诱导的体积增量降低约61.3%），存在基因型×BDNF交互效应。加入蛋白合成抑制剂Anisomycin不影响BDNF诱导的形态发生，提示该过程依赖细胞骨架重排而非新蛋白合成，且依赖Ank2。

Astrocytic Ank2 is necessary for BDNF-dependent memory persistence（星形胶质细胞Ank2是BDNF依赖性记忆持久性所必需的）

采用单足底电击微弱条件化+学习后12小时海马BDNF(100 ng/侧)灌注范式，对照小鼠BDNF灌注显著增强记忆持久性，而Ank2^GFAPcKO小鼠无此增强效应甚至持久性更低（基因型×BDNF交互显著）。新异情境测试排除泛化恐惧。说明外源BDNF增强记忆持久性依赖于星形胶质细胞Ank2。

Activation of astrocytic TrkB.T1 signaling is sufficient to enhance memory persistence（激活星形胶质细胞TrkB.T1信号足以增强记忆持久性）

研究人员构建星形胶质细胞特异性光敏感工具AAV-GFAP-Opto-cytTrkB.T1(Opto-T1，含CRY2^{PHR E281A}融合TrkB.T1胞内域)，经经颅蓝光(~0.5 mW/mm², 10 min)激活。单侧表达Opto-T1侧经光刺激GFAP体积增大，模拟BDNF形态效应。电生理上，3×TBS仅诱导E-LTP，但Opto-T1光激活(学习后12小时)可使L-LTP维持≥3小时。行为学上，微弱条件化后12小时非侵入性蓝光刺激Opto-T1小鼠显著增强远期记忆与记忆持久性，不影响获得与近期记忆，新异情境无差异。证实星形胶质细胞TrkB.T1信号激活本身足以促进记忆持久性。

四、讨论与结论总结

本研究揭示星形胶质细胞Ank2通过结合并稳定IP₃R2，介导BDNF→TrkB.T1→IP₃R2→Ca²⁺信号，驱动学习后星形胶质细胞形态发生及与印迹神经元接触的维持，从而支持L-LTP晚期维持与远程记忆持久性。Ank2缺失使星形胶质细胞萎缩、与印迹神经元接触减少、L-LTP衰减、BDNF不能增强持久性。反之，光遗传激活星形胶质细胞TrkB.T1可模拟BDNF效应。海马CA1局限敲除已有表型但较全身GFAP-CreER^T2敲除弱，提示其他区域(如前扣带皮层)星形胶质细胞Ank2可能协同参与远程记忆。研究提出"星形胶质细胞印迹(Astroengram)"的结构支撑观点——Ank2依赖的星形胶质细胞可塑性是其中关键组分。

结论翻译： 本研究表明，星形胶质细胞锚蛋白-2(Ank2)是星形胶质细胞形态发生、远程记忆形成及记忆持久性的关键调节因子。星形胶质细胞Ank2对维持印迹突触处星形胶质细胞-神经元相互作用——特别是远程记忆稳定化——至关重要。Ank2通过Ank2-IP₃R2相互作用支持BDNF-TrkB.T1信号驱动的星形胶质细胞形态重塑，该过程可不依赖新蛋白质合成而进行。海马BDNF增强记忆持久性需星形胶质细胞Ank2；选择性光遗传激活星形胶质细胞TrkB.T1信号足以促进记忆持久性。这些发现确立了星形胶质细胞Ank2作为长期记忆持久性的关键星形胶质细胞内在调节因子。