科学家知道DNA双螺旋链的断裂与癌症和老化相关。新研究发现，大脑在学习和努力形成记忆的过程中，脑细胞有意地造成多处细胞内DNA双链断裂以迅速产生有助于学习的基因。

研究人员在实验室内把小鼠分成两组，分别让它们进入一个盒子。但是一组小鼠在进入盒子的时候脚部遭到电击，即刺激它们对盒子形成恐惧的记忆；另一组不会遭到电击。之后，研究人员用多种方法探查这些小鼠大脑里面DNA双链断裂的情况。

结果发现，两组小鼠的脑细胞都出现不同程度的DNA双链断裂。不过与没有遭电击的一组小鼠相比，遭电击组小鼠的海马体和前额叶皮层区域内DNA双链断裂的数量是没有遭电击组小鼠的两倍。每个区域共有300多个基因出现双链断裂。海马体和前额叶皮层是科学家已知的与储存恐惧记忆相关的区域。

这项发现很令人意外。因为DNA双链断裂是基因受损中最严重的一种形式，与癌症、身体老化和神经功能退化等疾病相关。科学家以前以为，DNA双链断裂是某些机制出错造成的损害，而这份研究意味着，大脑的某些机能就会造成这种损害，而且，这时刻都在发生着，也就是DNA双链断裂是大脑中普遍发生的情形。

研究人员认为，在这种情况下DNA的双链断裂，释放特定转录酶，迅速促进了十几个与学习和记忆相关基因的表达。也就是说，这种机制是促进大脑学习功能的一个重要环节。这份研究7月1日发表于《公共科学图书馆·综合》（PLOS ONE）期刊。

以前的认知是，DNA双链断裂比其它损害更难修复，因为双链断裂后，不再留有一个完整“模版”引导DNA怎样重新接上。如果在日常的生活中，DNA双链断裂是如此普遍的现象，细胞如何能够快速修复？

另一份2019年发表在《神经科学期刊》（Journal of Neuroscience）上的研究发现了类似的现象。他们发现，DNA双链断裂后，将触发两波基因转录潮，一波是立即发生，另一波在几小时后发生。

研究者之一澳大利亚昆士兰大学的马歇尔（Paul Marshall）认为，这是一个有两个步骤的机制。当DNA断裂的时候，一些生物酶被释放出来用于促进基因转录，而与此同时，断裂处立刻被打上标记。第二个步骤是，当修复开始的时候，这个标记将会被清除，而这个时候，又会释放更多的转录酶，开始第二回和的转录。

“（这种机制下）双链断裂不仅作为一个触发因素，”马歇尔说，“它还具有记号功能，在修复的阶段引导修复机制来到断裂的位置。”

马歇尔说，这些发现告诉我们，既然DNA双链断裂对于记忆和学习功能具有如此重要的作用，一味地防止DNA双链断裂不是防御疾病的正确方法。后续的研究不应该只考虑基因受损的情形，而应该提高视野，更全面地考量更多的基因活动机制，才有可能正确探究基因与人体正常功能、或是疾病之间复杂的关系。

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