星形胶质细胞如何 “操纵” 神经元放电：三叉中脑核神经元的奥秘

蒙特利尔大学的研究人员为探究 S100b 蛋白对神经元兴奋性的影响，开展相关研究，发现星形胶质细胞可诱导初级传入轴突放电，这为理解神经元 - 星形胶质细胞相互作用在病理中的作用提供依据。

　　在神经科学的微观世界里，神经元与周围细胞的相互作用一直是科学家们关注的焦点。神经元如同精密的 “信号处理器”，其兴奋性的调节对神经系统的正常功能至关重要。而在众多影响神经元兴奋性的因素中，星形胶质细胞与神经元之间的关系尤为神秘。此前研究发现，细胞外钙离子浓度（[Ca²⁺]_e）的变化能调制电压门控钠通道，进而影响神经元的放电模式。在一些疼痛模型中，如酸诱导的咀嚼肌慢性肌痛模型，大直径初级传入神经元（PAs）的兴奋性发生改变，出现亚阈值膜振荡（SMOs）增强和自发异位放电现象，但具体机制尚不明确。为了揭开这些谜团，蒙特利尔大学（Université de Montréal）的研究人员展开了深入研究。
该研究聚焦于三叉中脑核（NVmes）的神经元，这些神经元支配着咀嚼肌的肌梭和牙周韧带的压力感受器，其独特的电生理特性和形态结构在感觉传递中起着关键作用。研究人员推测，星形胶质细胞释放的 Ca²⁺结合蛋白 S100b 可能通过调节 [Ca²⁺]_e，影响 NVmes 神经元的兴奋性，这一过程可能与 Nav1.6 通道密切相关。如果能揭示其中的机制，将为理解慢性疼痛等病理状态下神经元兴奋性改变的原因提供重要线索，也可能为相关疾病的治疗开辟新的方向。
为了验证这一假设，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，他们制备了小鼠脑干切片，利用全细胞膜片钳记录技术，精确测量神经元的电生理参数，观察不同处理下神经元的放电情况。其次，通过局部应用 Ca²⁺螯合剂（如 BAPTA、S100b）和药物（如 riluzole、4,9 - 脱水河豚毒素（4,9 - anhydro - TTX）），探究其对神经元兴奋性的影响。再者，借助免疫组织化学技术，研究人员观察了 Nav1.6 通道和 S100b 在神经元和星形胶质细胞中的分布情况。此外，他们还运用了光遗传学激活技术，对表达通道视紫红质 2（ChR2）的星形胶质细胞进行刺激，进一步研究其对神经元的作用。
研究结果如下：

1. NVmes 神经元的电生理特性：研究人员记录了大量 NVmes 神经元，这些神经元具有典型的假单极形态。它们的基本电生理特征，如静息膜电位（RMP）、输入电阻和放电阈值在野生型（WT）小鼠和表达 ChR2 的小鼠之间无显著差异。根据放电模式，NVmes 神经元可分为尖峰适应性、爆发性和强直性放电神经元三种亚型。其中，爆发性放电神经元和部分尖峰适应性神经元存在 SMOs，且 SMOs 频率与爆发内放电频率显著相关，表明 SMOs 对细胞兴奋性有重要影响。
2. Ca²⁺螯合剂对 NVmes 神经元的影响：在神经元胞体附近应用 BAPTA 或 S100b，主要引起神经元膜电位超极化；而在轴突附近应用时，多数情况下会诱导神经元放电。这种放电模式多样，包括高频 trains、复发性爆发、低频 trains 以及爆发与高频或低频 trains 的混合。同时，轴突应用 BAPTA 或 S100b 会增加 SMOs 的幅度，降低振荡和放电阈值，使神经元更容易产生动作电位。进一步研究发现，这种放电依赖于 Na_P电流，4,9 - anhydro - TTX 和 riluzole 可阻断 BAPTA 或 S100b 诱导的放电，且在 Nav1.6 基因敲除小鼠中，BAPTA 和 S100b 诱导放电的现象明显减弱，表明 Nav1.6 通道在这一过程中起关键作用。
3. 特定轴突亚区域与放电的关系：研究人员发现，在轴突特定区域应用 BAPTA 或 S100b 更易引发神经元放电。通过精确控制药物应用位置，他们发现距离胞体 40 - 100μm 的轴突区域对药物刺激更为敏感。免疫组织化学结果显示，Nav1.6 通道和 S100b 在该区域存在共定位现象，暗示这一区域可能是调节神经元兴奋性的关键部位。
4. 星形胶质细胞激活对 NVmes 神经元的影响：利用光遗传学技术激活星形胶质细胞，研究人员发现刺激包围轴突的星形胶质细胞可诱导 NVmes 神经元放电。这种放电同样依赖于 S100b 和 Nav1.6 通道，应用抗 S100b 抗体或 4,9 - anhydro - TTX 可阻断放电。同时，光刺激还能增加 SMOs 的幅度，降低其频率，进一步证明了星形胶质细胞通过释放 S100b 调节神经元兴奋性的机制。
   研究结论和讨论部分表明，星形胶质细胞可通过释放 S100b 调节 NVmes 神经元轴突特定区域的 [Ca²⁺]_e，增强 Na_P电流，引发神经元异位放电。这一发现揭示了神经元 - 星形胶质细胞相互作用在调节神经元兴奋性方面的重要作用，为理解慢性疼痛等病理状态下神经元兴奋性改变提供了新的视角。例如，在慢性疼痛模型中，星形胶质细胞可能通过这一机制导致神经元兴奋性增加，进而产生疼痛信号。此外，该研究还为进一步探究神经系统疾病的发病机制和治疗策略提供了重要依据，提示针对星形胶质细胞 - 神经元相互作用的干预措施可能成为治疗相关疾病的新方向。然而，研究也存在一些局限性，如局部应用药物可能存在非特异性效应，光遗传学刺激可能存在潜在问题，以及 S100b 来源不明确等，这些都为后续研究提出了新的挑战和方向。