Science重要发现：可调节的细胞命运

　　

生物通报道  根据发表在2月18日《科学》（Science）杂志上的一项研究，成年小鼠大脑中的一些神经元塑造了附近星形胶质细胞的一些特征和生理。加拿大麦吉尔大学的研究人员和同事们，鉴别出由神经元分泌的一种叫做sonic hedgehog (Shh)的分子信号促成了这些改变。

麦吉尔大学蒙特利尔神经医学研究所神经学家Ed Ruthazer（未参与该研究）说：“这篇论文极其令人兴奋的地方在于，细胞在已经确立了在大脑中的形态和位置后，其命运有可能由它与邻居之间的互作所决定。且这种转换并非微不足道，它似乎从根本上重组了细胞的转录组。”

星形胶质细胞是中枢神经系统中的非神经元细胞，其支持及调节了神经元的功能。2013年，杜克大学的研究人员证实星形胶质细胞是中风或脑损伤后止血和促进修复的必要条件（Nature颠覆传统认知，揭示细胞的意外功能)。斯坦福大学医学院的神经科学家们则证实星形胶质细胞可通过选择性除去突触可积极地修整神经细胞回路(Nature重要发现：星形胶质细胞新功能)。2014年，加州大学旧金山分校的研究人员报告称，功能失常的星形胶质细胞有可能促成了肌萎缩侧索硬化症（ALS）一类的神经系统退行性疾病，或甚至是自闭症和精神分裂症等发育障碍(Nature新文章：不容忽视的星形胶质细胞 )。瑞典的科学家们证实，在大脑的损伤部位星形胶质细胞可形成不成熟的神经细胞，随后它们发育 为成熟的神经细胞(Science揭示星形胶质细胞新功能 )。

哺乳动物大脑有各种星形胶质细胞，执行多种多样专门的功能。新研究的领导者、麦吉尔大学的Keith Murai说，这种多样性很大程度上被认为是在胚胎发育及出生后早期发育过程中建立起来的。“但在那以后，人们认为这些细胞的一些特征在它们往后的一生中都是固化的。”

MuraiI和同事们却持不同的观点。“某些神经回路周围的星形胶质细胞如此特化，很难想象所有这些细胞的特性都是在发育中的这一时间点所决定。毕竟，神经回路自身直到很久以后才完全形成。”

为了调查围产期之后星形胶质细胞的身份是否有可能继续被塑造，Murai研究小组搜寻了在成体神经元和星形胶质细胞中有可能控制了继续发育的基因产物。为了简化问题，研究人员将焦点放到了小脑皮质上：在这一区域只存在两种星形胶质细胞：Bergmann胶质细胞，其环绕着浦肯野细胞(PCs)的神经冲动接收区；和velate星形胶质细胞(VAs)，其围绕着颗粒细胞(GCs)。他们的搜寻结果揭示出了许多的候选因子，而有一个信号通路浮现了出来：Shh信号。

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Murai 解释说，Shh是一个已知在发育胚胎中发挥许多重要作用的发育形态发生素，包括影响大脑细胞的特化。“人们过去认为在大脑完成发育后这条信号通路会被关闭并消除，但新研究证实即便是在成年大脑中这一信号通路仍非常有效力。”

研究人员发现是小脑中的PC神经元生成了Shh蛋白，Shh受体丰富地表达于BG而非VA细胞中。

此外，BGs需要来自PCs的Shh信号来维持它们的身份。当研究人员采用转基因技术关闭成年小鼠大脑PCs中的Shh生成或BGs中的Shh信号传导时，BG细胞采用了与Vas相似的转录谱。另一方面如果增强Vas中的Shh信号，这些细胞会变得更像BGs。

“我们几乎可以根据Shh信号水平将一种类型的星形胶质细胞互换称另一种。这不只是涉及少量的因子，响应这一信号通路开启或关闭了成百上千的基因，”Murai说。

该研究小组还发现了证据证实，Shh操控也可影响其他大脑区域的星形胶质细胞，改变了这些细胞的电生理学。

杜克大学细胞生物学家Cagla Eroglu（未参与这项研究）说：“最重要的观点在于，星形胶质细胞的分子命运并非是固定的。”这些细胞的形状似乎不大具有可塑性。尽管Shh信号影响了星形胶质细胞的表达谱和电行为，细胞的形态基本保持不变。

Cagla说，发现星形胶质细胞比以往认为的具有更大的可塑性是“是令人兴奋且有趣的。但仍然有待依据动物的行为或它的学习能力来确定这种现象确切的功能。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文索引：

W.T. Farmer et al., “Neurons diversify astrocytes in the adult brain through sonic hedgehog signaling,” Science, 351:849-54, 2016.