Science子刊：星形胶质细胞的新功能

　　

生物通报道  一直以来科学家们将过多的兴趣放在了大脑中的神经元细胞，而另一种被认为主要充当“胶水”将大脑连接在一起的细胞类型——星形胶质细胞却遭到忽视。近日来自美国罗切斯特大学医学中心的神经科学家们发现这种细胞在大脑中的功能远比原来认为的要强大的多。相关研究论文发表在《科学信号》（Science Signaling）杂志上。

研究人员报告称他们发现星形胶质细胞对创造大脑工作的适合环境至关重要。星形胶质细胞在抑制或终止被视为是大脑活性的电信号中发挥了关键性的作用，因而决定了神经细胞何时处于兴奋状态。

这是一个极大的研究进步，科学家们长期以来都认为星形胶质细胞的功能主要是为神经元提供营养，使它们保持健康。

该研究的领导者、神经外科教授Maiken Nedergaard 博士说：“长期以来人们将星形胶质细胞视作管家细胞，倾向于为神经元提供营养，并负责清洁。事实证明它们能够以一种未被认识的方式来影响神经元的功能。”

适当的大脑功能依赖于亿万的电信号——就像真实的小分子爆炸——惊人地同步发生。回想爱人的容貌，摆动棒球棍，行走在大街上——所有这些行为都依赖于即时在我们神经中传递的电信号。

要做到这一点，大脑细胞内钠、钙和钾等分子化合物都必须恰到正好，而星形胶质细胞则能够帮助维持这种平衡环境。例如，当神经元发送神经脉冲或兴奋时，细胞外周的钾离子水平会显著增高，必须快速地使其恢复正常才能维持大脑的正常功能。科学家们很早以前就知道这是星形胶质细胞的工作——吸收过多的钾离子，终止神经脉冲，恢复细胞确保它们能即刻再度兴奋。

在这篇新文章中，Nedergaard研究小组发现了星形胶质细胞的一个扩展功能。他们发现除了简单地吸收过量的钾离子，星形胶质细胞自身也可引起神经元周围的钾离子水平下降，终止神经信号。

Nedergaard说：“远远不只是扮演了一个被动的角色，星形胶质细胞可以一种影响神经元活性的方式启动吸收钾离子。这是一种简单然而却功能强大的机制，使得星形胶质细胞能够快速调控神经元的活性。”

Nedergaard研究星形胶质细胞的秘密生活已有20多年。她曾经揭示了细胞如何利用钙离子传送信号。在20年前的一篇Science论文中，她提出了开创性的见解认为与星形胶质细胞相似的神经胶质细胞与神经元间存在沟通并能影响它们。自此之后，其他的科学家们做出了大量的推测认为胶质细胞源性递质(gliotransmitter)谷氨酸和三磷酸腺苷(ATP)在这一过程中发挥了关键作用。

与之相反的是，在最近的研究中Nedergaard小组发现另一种涉及钾离子的信号系统发挥了功能。通过吸收钾，星形胶质细胞可以抑制神经元兴奋，提高科学家们称之为的“突触保真度”（synaptic fidelity，生物通译）。一些重要的大脑信号越来越得到明确，即不应该兴奋的神经元中会存在少一些不必要的活性。这种错误的神经元活性与多种疾病，包括癫痫、精神分裂症和注意缺陷障碍等有关。

Nedergaard指出星形胶质细胞的大小和复杂性是我们的大脑与啮齿动物相区别的少数特征之一。我们的星形胶质细胞更大，更快，在结构和功能要更为复杂的多。Nedergaard发现星形胶质细胞与中风、老年痴呆、癫痫和脊髓损伤等疾病均存在密切的相关性。

 “星形胶质细胞是最复杂的大脑过程所不可或缺的，”Nedergaard说。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Extracellular Ca2+ Acts as a Mediator of Communication from Neurons to Glia

 Defining the pathways through which neurons and astrocytes communicate may contribute to the elucidation of higher central nervous system functions. We investigated the possibility that decreases in extracellular calcium ion concentration ([Ca2+]e) that occur during synaptic transmission might mediate signaling from neurons to glia. Using noninvasive photolysis of the photolabile Ca2+ buffer diazo-2 {N-[2-[2-[2-[bis(carboxymethyl)amino]-5-(diazoacetyl)phenoxy]ethoxy]-4-methylphenyl]-N-(carboxymethyl)-, tetrapotassium salt} to reduce [Ca2+]e or caged glutamate to simulate glutamatergic transmission, we found that a local decline in extracellular Ca2+ triggered astrocytic adenosine triphosphate (ATP) release and astrocytic Ca2+ signaling. In turn, activation of purinergic P2Y1 receptors on a subset of inhibitory interneurons initiated the generation of action potentials by these interneurons, thereby enhancing synaptic inhibition. Thus, astrocytic ATP release evoked by an activity-associated decrease in [Ca2+]e may provide a negative feedback mechanism that potentiates inhibitory transmission in response to local hyperexcitability.