《Nature》神经元活动影响星形胶质细胞的发育

　　

在成人大脑中，星形胶质细胞的浓密形状与有效的大脑功能有着根本的联系。星形胶质细胞结构的末端与神经元相互作用并调节突触活动。

贝勒医学院(Baylor College of Medicine)的研究人员已经揭开了赋予星形胶质细胞(大脑中最丰富的神经胶质细胞)特殊的浓密形状的过程，这种形状对大脑功能至关重要。他们在《Nature》杂志上报告说，神经元活动是星形胶质细胞形成复杂形状的必要和充分条件，中断这一发育过程会导致大脑功能紊乱。

“星形胶质细胞扮演着各种各样的角色，对正常的大脑功能至关重要，”第一作者、贝勒大学Benjamin Deneen博士实验室的研究生Yi-Ting Cheng说。“例如，它们支持其他重要的脑细胞，神经元的活动;参与突触或神经元间连接的形成和功能;释放神经递质，即调节神经元交流的化学物质，形成血脑屏障。”

“如果星形胶质细胞失去了它们的结构，那么突触就不能正常工作，大脑功能就会出错，”Deneen说。“弄清楚星形胶质细胞是如何获得其复杂、浓密的结构的，对于理解大脑的发育和功能至关重要，并可能为神经发育状况的出现带来新的见解。在这项研究中，我们研究了指导星形胶质细胞结构发育的细胞和过程。”

神经元引领潮流

当星形胶质细胞发育时，神经元已经存在并活跃，那么神经元是否会影响星形胶质细胞如何获得其复杂的形状?

Cheng说:“我们人工激活或沉默神经元，并确定这是否会加速或减缓星形胶质细胞的成熟。我们发现，神经元活动既是必要的，也是充分的，可以推动星形胶质细胞成熟为浓密状细胞。”

那么星形胶质细胞是如何接收到引导它们走向成熟的信号的呢?通过几种实验方法，研究小组发现神经元产生一种叫做GABA的神经递质，这种递质通过星形胶质细胞表面的一种叫做GABAB受体的分子与星形胶质细胞结合。

“我们敲除了星形胶质细胞中的GABAB受体，激活了神经元。在这种情况下，神经元并没有促进典型星形胶质细胞形状的发育，这支持了神经元通过GABAB受体与星形胶质细胞交流以促进其成熟的观点。这一发现令人惊讶，也非常有趣，”Deneen说。“众所周知，GABA等神经递质会在突触神经元之间发出信号，但我们发现神经递质也会向星形胶质细胞发出信号，通过触发其结构变化来影响其发育。”

其他实验揭示了神经元如何引导星形胶质细胞形成浓密形状的更多谜团。“神经元产生GABA，它通过GABAB受体与星形胶质细胞结合。反过来，这激活了一系列事件，包括触发另一种称为Ednrb的受体的表达，它驱动了重塑细胞内与细胞形状相关的细胞结构的途径，”Cheng说。

研究人员还调查了另一个与星形胶质细胞发育有关的谜团。他们发现，星形胶质细胞中GABAB受体的表达调节在不同的大脑区域并不以相同的方式发生。“这个结果完全出乎意料，”Deneen说。“GABAB受体是星形胶质细胞在所有大脑区域形成浓密形状所普遍需要的。它是如何在大脑的不同区域受到不同的调控的?”

通过生物信息学分析，研究人员发现，这种区域调控是由两种蛋白赋予的，即大脑皮层中的LHX2和嗅球中的NPAS3，它们通过与SOX9和NFIA蛋白的区域特异性相互作用，这两种蛋白存在于所有星形胶质细胞中，它们调节GABAB受体的表达。在皮层中，LHX2仅与NFIA结合，而在嗅球中，NPS3仅与SOX9结合，使它们各自能够调节GABAB受体在特定大脑区域的表达。

总之，这些发现表明星形胶质细胞的发育和功能涉及由神经元活动触发的复杂事件和蛋白质模式，并以特定区域的方式运作。