盡管紫外線暴露與幾種皮膚疾病有關，但適度的紫外線暴露對人體健康有益。例如，紫外線（UVB）光是一種來自太陽光的輻射能，可促進皮膚中維生素D的產生。紫外線已被用于治療某些疾病，例如牛皮癬，特應性皮炎，濕疹，皮膚T細胞淋巴瘤，白癜風和尿毒癥瘙癢癥。紫外線不僅會引起周圍的影響，而且還會與與中樞神經系統有關的各種神經行為相關。

中國科學技術大學生命科學學院、微尺度物質科學國家研究中心、神經退行性疾病研究中心、中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心的熊偉教授研究組與中科大化學學院黃光明教授研究組合作，在Cell雜志上發表了題為 Moderate UV Exposure Enhances Learning and Memory by Promoting a Novel Glutamate Biosynthetic Pathway in the Brain 的研究成果，揭示了一條腦內谷氨酸合成新通路及其參與紫外線照射改善學習記憶的分子及神經環路機制。

Sunlight exposure is known to affect mood, learning, and cognition. However, the molecular and cellular mechanisms remain elusive. Here, we show that moderate UV exposure elevated blood urocanic acid (UCA), which then crossed the blood-brain barrier. Single-cell mass spectrometry and isotopic labeling revealed a novel intra-neuronal metabolic pathway converting UCA to glutamate (GLU) after UV exposure. This UV-triggered GLU synthesis promoted its packaging into synaptic vesicles and its release at glutamatergic terminals in the motor cortex and hippocampus. Related behaviors, like rotarod learning and object recognition memory, were enhanced after UV exposure. All UV-induced metabolic, electrophysiological, and behavioral effects could be reproduced by the intravenous injection of UCA and diminished by the application of inhibitor or short hairpin RNA (shRNA) against urocanase, an enzyme critical for the conversion of UCA to GLU. These findings reveal a new GLU biosynthetic pathway, which could contribute to some of the sunlight-induced neurobehavioral changes.

紫外線暴露會提高大腦中的UCA水平

紫外線暴露會改變周圍皮膚，血液和尿液中的UCA水平。為了評估紫外線暴露是否也會改變大腦中的UCA水平，我們開發了一個紫外線暴露小鼠模型。

將小鼠背側剃毛，并給予7μW/ cm 2低劑量的UVB 2小時，相當于30分鐘的日光照射。暴露于UVB后，血清UCA水平顯著增加，并且這種升高至少持續了240分鐘。

UVB暴露120分鐘后，CSF中的UCA水平也增加了約2倍。

單細胞MS揭示了暴露于UVB光2小時后，來自大多數大腦區域（包括PFC，M 2，HPC和DS）的大多數大腦區域的單個神經元中UCA的細胞內水平顯著升高。

UVB的這種作用是可逆的，因為當在UVB暴露后24小時進行測量時，UVB暴露引起的UCA細胞內UCA水平升高幾乎降至詢價。

組氨酸-UCA-谷氨酸：神經元中的新型谷氨酸生物合成途徑。

據報道，UCA僅存在于外圍系統中，例如皮膚，肝臟，血液和尿液。在哺乳動物肝臟和其他周圍組織中，UCA是組氨酸（HIS）轉化為谷氨酸（GLU）的中間體。

為了驗證整個大腦中是否存在HIS-UCA-GLU代謝途徑，我們使用單細胞MS技術收集并分析了在預先孵育的矢狀小鼠腦切片中從15個腦區隨機選擇的300多個神經元的細胞內樣本。 HIS或鹽水。HIS孵育顯著誘導了所有大腦區域的UCA，IPPA，FMGA和GLU的細胞內水平增加了1到2倍，表明HIS-GLU代謝途徑在整個大腦中分布廣泛。

這種GLU生物合成途徑可能存在于大腦的特定細胞類型中，因為這些HIS代謝產物的增加幅度在不同的神經元中變化，甚至在同一大腦區域也是如此。

穩定的同位素13 C標記是用于鑒定體內化學代謝途徑的最常用方法之一。孵育PFC神經元在大腦切片用13 C標記的HIS（1- 13 C-HIS）1個小時后，提取的胞內成分與未處理的神經元相比，預孵育13 C-HIS的神經元的13 C-HIS / HIS，13 C-UCA / UCA，13 C-GLU / GLU和13 C-IPPA / IPPA的比率明顯更高。

此外，蛋白質印跡分析表明，肝臟HIS-UCA-GLU途徑中涉及的關鍵酶，包括組氨酸酶，尿酸酶和咪唑酮丙酸酯酶（IPPAnase），也存在于許多大腦區域，包括PFC，運動皮層（MC），NAc ，DS，CeA，HPC，上丘（SC），下丘腦（HT），小腦（CB）和腦干（BS）

紫外線暴露觸發血液UCA升高，而血液UCA則又穿過BBB并進入神經元以參與GLU的生物合成。神經元GLU合成的增加可能導致更多的GLU包裝到突觸小泡中，并且更多的GLU從神經末梢釋放，從而增強了谷氨酸能神經回路，例如GLU M2→DS或GLU CA3→CA1預測和相關行為，例如運動學習和識別記憶。

紫外線暴露會升高循環中的β-內啡肽，后者作用于中樞神經系統，并導致阿片受體介導的紫外線成癮。因為GLU在中樞神經系統中起著多種作用，包括在氨基酸水平上的蛋白質生物合成，處理多余或浪費的氮氣，以及神經元之間最豐富的興奮性神經遞質，除了學習和記憶外，神經元中紫外線激活的細胞內UCA-GLU代謝途徑還可能與日光浴相關的神經系統疾病有關，例如情緒改善，成癮，認知和大腦發育。