Nat Commun：大脑记忆“司令部”藏玄机！海马体CA1区惊现四层“秘密夹心”

想象一下，你大脑中负责记忆的“硬盘”其实不是一块均匀的芯片，而是像千层蛋糕一样藏着四层不同口味的“夹心”。最近，科学家们还真就在海马体CA1区——这个掌管学习、记忆和情绪的关键区域，发现了这样一个惊人的结构！

日前，一篇发表在国际杂志Nature Communications上题为“Laminar organization of pyramidal neuron cell types defines distinct CA1 hippocampal subregions”的研究报告中，来自南加州大学等机构的科学家们领衔的研究颠覆了我们以往对大脑信息处理方式的认知，并可能为阿尔茨海默病、癫痫等神经系统疾病的靶向治疗照亮新路。

为什么是CA1？为什么是现在？

海马体，因其形状而得名，是大脑中至关重要的记忆转换站；而CA1区更是这个“司令部”中的核心数据处理单元。然而在阿尔茨海默病中，海马体往往是最早受攻击的区域之一；全球约有5000万痴呆症患者，其中大部分是阿尔茨海默病，其典型的病理改变如 Tau 蛋白缠结和β-淀粉样斑块，在海马体区域尤其密集；同时全球约5000万癫痫患者的异常放电也常与海马体相关。

长期以来，科学家们对CA1区内部细胞的认知充满争议，其到底是一个平滑的基因表达梯度，还是一个细胞类型的随机“马赛克”？这个根本问题悬而未决，这或许就阻碍了我们理解大脑如何精准处理信息及疾病为何“挑食”般攻击特定细胞。

技术“显微镜”下的惊喜：从模糊到清晰条纹

研究者Maricarmen Pachicano博士表示，以前就像是隔着毛玻璃看CA1区，而当我们使用RNAscope这种高分辨率单分子RNA成像技术，在单细胞水平上观察基因表达模式时，一切都清晰了，我们看到了像岩石地层一样清晰的条纹，每一层都代表一种独特的神经元类型。

这项研究中，研究人员在小鼠脑组织样本中对超过5.8万个CA1区锥体神经元进行分析，可视化了超过33万个RNA分子的分布；这些RNA分子就像是细胞的“工作日志”，记录了哪些基因在何时何地被“打开”。通过绘制这些“日志”的分布图，研究人员意外发现，CA1区并非混沌一片，而是由四个连续且分子特征各异的细胞层构成。

这四层被命名为CA1d、CA1i、CA1v和CA1vv，其并非静止不变，而是像大地构造的岩层一样，沿着海马体的长轴在厚度和结构上发生微妙的偏移和变化；这意味着，海马体的不同部位，这四层“夹心”的比例是不同的，从而决定了该区域的功能特性，有的可能更偏重空间记忆，有的则与情绪处理联系更紧密。这就像揭开了大脑内部建筑结构的面纱，这些隐藏的层次可能解释了海马体神经回路在支持学习和记忆功能上的差异。

CA1海马区基因表达图谱

这项研究的亮点，可以概括为“一张图，三大突破”：

（1）颠覆传统认知，提供新框架：其终结了关于CA1区组织原则的争论，明确提出了一个“分层”模型。这个模型为理解海马体如何处理不同类型的信息（比如昨晚的晚餐地点vs.当时的愉悦心情）提供了一个全新的、更精确的解剖学框架。

（2）解释疾病选择性脆弱之谜：这或许能解开一个关键谜团，即为什么在阿尔茨海默病或癫痫中，CA1区只有特定细胞会率先受损或死亡？答案可能就藏在这些“夹心层”里。如果某种疾病恰好靶向某一层特有的细胞类型，那么该层最厚的脑区受影响就会最严重，从而导致特定的功能障碍，这为开发针对特定细胞层的精准疗法指明了方向。

（3）跨物种可能性与开源资源：研究显示，小鼠的这种分层模式与在灵长类（包括人类）大脑中观察到的CA1区厚度变化特征相似，提示这可能是一个跨哺乳动物保守的“通用设计”。更棒的是，研究人员基于海马体基因表达图谱（HGEA）构建的CA1细胞类型图谱已向全球科学界免费开放。通过Stevens INI开发的Schol-AR增强现实应用，研究者可以在3D互动模型中细致探索这些分层结构。

这项发现完美体现了现代影像技术和数据科学如何重塑我们对大脑解剖结构的认知，其延续了本所从分子到全网络多层次绘制大脑图谱的传统，将为基础神经科学和针对记忆、认知的转化研究提供关键信息。

未来展望：从“地图”到“导航图

研究者Bienkowski 展望道，理解这些细胞层如何与具体行为相连，是下一个前沿；我们现在有了一个框架，可以去研究特定的神经元层是如何分别贡献于记忆、导航和情绪等不同功能的，以及其失调如何导致疾病。简而言之，科学家们不仅画出了一张CA1区的精密“结构地图”，更希望未来能将其升级为“功能导航图”和“疾病预警图”，这不仅让我们对大脑这个宇宙中最复杂的物体多了一份了解，也让我们对抗记忆相关疾病多了一份希望。

也许不久的将来，针对阿尔茨海默病的治疗不再是“广谱轰炸”，而是能精准锁定那层最脆弱的“记忆夹心”，进行定向修复与保护；这场始于小鼠海马体的“地层勘探”，最终或许将为人类守护记忆的灯塔找到更稳固的基石。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Pachicano, M., Mehta, S., Hurtado, A. et al. Laminar organization of pyramidal neuron cell types defines distinct CA1 hippocampal subregions. Nat Commun 16, 10604 (2025). doi：10.1038/s41467-025-66613-y