人們?cè)缇驼J(rèn)識(shí)到，大腦的功能取決于神經(jīng)元通過其網(wǎng)絡(luò)快速闡述和傳遞信息的能力。為了支持它們完成這項(xiàng)任務(wù)，神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞執(zhí)行一系列結(jié)構(gòu)、能量和免疫功能，以及穩(wěn)定生理常數(shù)。星形膠質(zhì)細(xì)胞是一種緊密圍繞在突觸周圍的膠質(zhì)細(xì)胞，突觸是神經(jīng)遞質(zhì)釋放的接觸點(diǎn)，在神經(jīng)元之間傳遞信息。

來自洛桑大學(xué)(UNIL)和日內(nèi)瓦Wyss生物和神經(jīng)工程中心的神經(jīng)科學(xué)家們利用一系列分子、成像和遺傳工具，在大腦中發(fā)現(xiàn)了一種介于神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞之間的新型細(xì)胞。這種特化細(xì)胞的非典型亞群的發(fā)現(xiàn)——研究小組稱之為谷氨酸能星形膠質(zhì)細(xì)胞——為科學(xué)家們提供了星形膠質(zhì)細(xì)胞在中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)生理和疾病中的復(fù)雜作用的新見解，突出了一個(gè)潛在的治療靶點(diǎn)。

“在神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞之間，我們現(xiàn)在有了一種新的細(xì)胞，”UNIL的榮譽(yù)教授、Wyss中心的訪問學(xué)者、這項(xiàng)研究的聯(lián)合主任Andrea Volterra博士說?！八陌l(fā)現(xiàn)開辟了廣闊的研究前景。我們接下來的研究將探索這種類型的細(xì)胞對(duì)阿爾茨海默病記憶障礙的潛在保護(hù)作用，以及它在其他區(qū)域和病理中的作用?！盫olterra是該團(tuán)隊(duì)在《Nature》雜志上發(fā)表的題為“特化星形膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的谷氨酸能膠質(zhì)傳遞”的論文的通訊作者和共同通訊作者。研究人員指出，“我們的研究增加了對(duì)星形膠質(zhì)細(xì)胞多樣性的理解，表明不同群體的特化星形膠質(zhì)細(xì)胞在腦功能中具有不同的作用……通過揭示成人大腦中特化星形膠質(zhì)細(xì)胞的非典型亞群，我們提供了對(duì)星形膠質(zhì)細(xì)胞在中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)生理和疾病中的復(fù)雜作用的見解，并確定了潛在的治療靶點(diǎn)?！?/span>

神經(jīng)學(xué)家早就提出星形膠質(zhì)細(xì)胞可能在突觸傳遞和參與信息處理中發(fā)揮積極作用。然而，迄今為止為證明這一點(diǎn)而進(jìn)行的研究報(bào)告了相互矛盾的結(jié)果，目前還沒有明確的科學(xué)共識(shí)。通過鑒定一種具有星形膠質(zhì)細(xì)胞特征的新細(xì)胞類型，并表達(dá)突觸傳遞所必需的分子機(jī)制，Volterra及其同事可能結(jié)束了多年的爭(zhēng)議。

為了證實(shí)或反駁星形膠質(zhì)細(xì)胞像神經(jīng)元一樣能夠釋放神經(jīng)遞質(zhì)的假設(shè)，研究人員首先使用現(xiàn)代分子生物學(xué)方法仔細(xì)檢查了星形膠質(zhì)細(xì)胞的分子含量。他們的目標(biāo)是找到快速分泌谷氨酸所需機(jī)制的痕跡，谷氨酸是神經(jīng)元使用的主要神經(jīng)遞質(zhì)。

“單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)方法所允許的精度使我們能夠證明在細(xì)胞中存在囊泡蛋白的星形細(xì)胞譜，VGLUT負(fù)責(zé)填充特定的谷氨酸釋放的神經(jīng)元囊泡，”研究聯(lián)合主任Ludovic Telley博士解釋說。這些轉(zhuǎn)錄本是在小鼠細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的，顯然也保存在人類細(xì)胞中。我們還在這些細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了其他特殊的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)對(duì)谷氨酸能囊泡的功能及其與其他細(xì)胞快速溝通的能力至關(guān)重要?！?/span>

接下來，神經(jīng)科學(xué)家試圖找出這些雜交細(xì)胞是否有功能，也就是說，是否能夠以與突觸傳遞相當(dāng)?shù)乃俣柔尫殴劝彼?。為了做到這一點(diǎn)，研究小組使用了一種先進(jìn)的成像技術(shù)，可以可視化大腦組織和活體小鼠中的小泡釋放的谷氨酸。

作者寫道:“我們描述了一個(gè)特化星形膠質(zhì)細(xì)胞亞群，具有類似谷氨酸突觸的離散分子特征，明確了VGLUT依賴性谷氨酸在原位和體內(nèi)釋放的解剖分布和功能能力。我們已經(jīng)確定了星形膠質(zhì)細(xì)胞的一個(gè)亞群，它對(duì)選擇性刺激做出反應(yīng)，快速釋放谷氨酸，這發(fā)生在這些細(xì)胞的空間劃定區(qū)域，讓人想起突觸?！?/span>

此外，谷氨酸釋放對(duì)突觸傳遞產(chǎn)生影響，調(diào)節(jié)神經(jīng)元回路。研究小組通過雜交細(xì)胞抑制VGLUT的表達(dá)來證明這一點(diǎn)?！八鼈兪钦{(diào)節(jié)神經(jīng)元活動(dòng)的細(xì)胞，它們控制著神經(jīng)元的交流和興奮水平，”該研究的第一作者、UNIL高級(jí)研究員Roberta de Ceglia博士補(bǔ)充說。研究表明，如果沒有這種功能機(jī)制，參與記憶機(jī)制的神經(jīng)過程——長期增強(qiáng)作用(long-term potentiation)就會(huì)受損，小鼠的記憶也會(huì)受到影響。

研究小組指出:“星形膠質(zhì)細(xì)胞VGLUT1缺失后觀察到的情境記憶缺陷表明，谷氨酸能星形膠質(zhì)細(xì)胞在生理記憶處理中起作用?！?/span>

這一發(fā)現(xiàn)的意義延伸到腦部疾病。通過特別破壞谷氨酸能星形膠質(zhì)細(xì)胞，研究小組證明了對(duì)記憶鞏固的影響，但也觀察到與癲癇等疾病的聯(lián)系，在這種疾病中，小鼠的癲癇發(fā)作會(huì)加劇。研究人員進(jìn)一步指出，觀察到星形膠質(zhì)細(xì)胞VGLUT1依賴性信號(hào)對(duì)小鼠誘發(fā)癲癇發(fā)作的保護(hù)作用，值得在慢性癲癇模型中進(jìn)一步研究，以尋求可能的治療前景。最后，該研究表明，谷氨酸星形膠質(zhì)細(xì)胞也在調(diào)節(jié)涉及運(yùn)動(dòng)控制的大腦回路中發(fā)揮作用，因此可能為帕金森病提供潛在的治療靶點(diǎn)。

他們指出，這些發(fā)現(xiàn)“……證明了這些特化星形膠質(zhì)細(xì)胞的功能相關(guān)性，盡管它們的數(shù)量相對(duì)較少，并強(qiáng)調(diào)了它們作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)保護(hù)性治療目標(biāo)的潛力。未來的研究有望產(chǎn)生中樞神經(jīng)系統(tǒng)范圍的圖譜，這將有助于定義谷氨酸能星形膠質(zhì)細(xì)胞的總體分布及其全方位的作用，并更好地理解這種非典型星形膠質(zhì)細(xì)胞群體存在的原因，以及它在解剖學(xué)和功能上整合到中樞神經(jīng)系統(tǒng)回路中的具體方式，以及它的改變特性是否以及如何有助于定義病理中樞神經(jīng)系統(tǒng)狀況?！?/span>