哺乳动物用乳汁喂养自己的后代,但母乳可不只是单纯的营养源,它还能帮助年幼的动物应对未来的挑战。最新研究显示,鼠妈妈可以通过改变母乳中的细胞因子水平,来促进其后代的记忆力。
Weill Cornell医学院的刘秉方(音译Bingfang Liu)发现,如果雌性小鼠缺乏一种TNF蛋白,它们乳汁中的细胞因子水平就比较低,细胞因子是参与免疫应答启动的化学物质。如果幼鼠食用这种缺乏细胞因子的乳汁,就会长出更大的海马体(海马体是大脑中涉及空间记忆的部分)。结果使这些幼鼠能够更好的完成迷宫,记住物体的所在位置,这种影响一直持续到小鼠成年后。
“TNF是免疫系统的一部分,我们认为它可以作为一种环境感应器,对压力或食物供给等条件进行应答,”领导这一研究的Miklos Toth说。“通过TNF,母鼠可以将后代的认知能力,与自己所经历的环境条件匹配起来。”这一研究于十二月一日发表在Nature Neuroscience杂志上。
TNF(肿瘤坏死因子α)是免疫系统的一个关键部分,高水平的TNF可以帮助机体抵御感染。近来科学家们发现,大脑中也存在低水平的TNF。
为了检测TNF水平对学习和记忆的影响,Toth的研究团队构建了完全缺乏TNF的小鼠模型。最初,这些TNF缺陷型小鼠表现正常。但研究人员很快发现,它们的后代拥有更好的空间记忆力。
“将幼鼠体内的TNF去除,丝毫无损于它们的记忆,” Toth说。“但如果对母鼠这样做,就会对其后代产生深远的影响。这完全出乎我们的意料。”
研究人员还发现,TNF缺陷型母鼠喂养的幼鼠记忆力更佳,即使这些幼鼠是正常母鼠的后代。这说明,TNF的影响不是在子宫内形成的。研究显示,TNF缺陷型小鼠的乳汁中,至少有五种细胞因子水平特别低。
当幼鼠饮用这种乳汁后,海马体会产生更多的神经元,突触基因的活性增强。研究人员将上述五种细胞因子混合在一起给幼鼠喂食,结果减少了幼鼠海马体的神经元生长,这些幼鼠的记忆力也处于正常水平。
当母鼠处于艰难环境中时,体内的TNF水平下降。而这使它们的后代拥有更好的空间记忆,这也许能帮助幼鼠寻找稀缺的资源。Toth指出,记忆力增强需要更多能量,在不必要的情况下并没有太大优势,因此母乳的适应性编程很重要。目前,研究人员准备在实验室中模拟环境压力,以进一步分析这一机制。
目前,还无法断言人类中是否也存在上述机制。不过Toth认为,这一机制应该是进化保守的。他指出,如果TNF的确影响人类记忆,那么多半是在子宫内起作用,而不是通过母乳。
研究人员还强调,炎症性肠病或风湿性关节炎的患者常常服用抑制TNF的药物,此前这些药物对孕妇来说并没有禁忌,而新研究标明这类药物可能会对下一代产生影响。
不过,Texas大学的免疫学家Roberto Garofalo认为,人类乳汁中的TNF可能并没有生物活性,因为乳汁中同时含有可以失活TNF的可溶性受体。