3D圖像展示小鼠海馬中人類突觸吞噬作用的報導分子。突觸前為綠色，星形膠質細胞為白色，小膠質細胞為藍色。被膠質細胞吞噬的突觸前膜為紅色。來源：韓國高等科學技術研究所（The Korea Advanced Institute of Science and Technology ，KAIST）
在學習和記憶的過程中，處於發育期的大腦持續萌發出新的神經元連接（名為突觸）。重要的連接（重複多次引入的連接，如能夠避免危險的）會得到培養和增強，而看起來無關緊要的連接就會被修剪。成人的大腦也經歷類似的修剪過程，但此前人們並不清楚成人大腦中的突觸如何被清除以及為何被清除。
如今，KAIST的一支研究團隊發現了可塑背後的機制，該機制甚至可能解釋成人大腦的神經功能紊亂。他們的研究結果發表在最近的《自然》（Nature）上。
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KAIST 生物科學系助理教授、論文作者Won-Suk Chung說：「我們的發現具有重大的影響，提升了我們對神經迴路的認識，了解神經迴路如何在學習、記憶和疾病中發生改變。突觸數量的改變和多種神經功能紊亂的患病率有著重要的關聯，如自閉症譜系障礙、精神分裂症、額顳痴呆症和幾種嚴重的癲癇發作。」
大腦灰質含有小膠質細胞和星形膠質細胞，這兩種細胞不僅功能互補，還支持神經元和突觸。小膠質細胞是免疫防禦的前線，負責吞噬病原體和死亡的細胞，而星形膠質細胞（具有星形外觀）幫助構建大腦，控制神經元之間的信號傳遞，以此維持內環境穩態。Chung教授說，通常人們認為小膠質細胞吞噬突觸（名為吞噬作用），而該過程則作為清除功能的一部分。
Chung說：「使用全新的工具後，我們第一次發現，星形膠質細胞（而非小膠質細胞）能夠持續清除過多的、無關緊要的成人興奮性突觸連接，對神經活性作出調節。我們的論文挑戰了該領域中的普遍共識，即小膠質細胞發揮主要的突觸吞噬功能，控制大腦中突觸的數量。」
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Chung教授和他的團隊開發出一種分子傳感器，用於檢測膠質細胞的突觸清除頻率，量化細胞突觸清除的類型。他們還在MEGF10缺乏的小鼠模型中部署該工具，MEGF10允許星形細胞清除突觸。在星形細胞吞噬作用缺陷的成年小鼠中，海馬的興奮性神經突觸數量異常增加。他們與KBRI的Hyungju Park博士合作，在MEGF10缺陷的小鼠上，發現增加的興奮性突觸的功能受損，這引發了學習和記憶形成障礙。Chung說：「通過這一過程，我們發現，至少在成年海馬的CA1區域，星形膠質細胞扮演清除突觸的主要角色，星形膠質細胞的這種功能對於控制突觸數量和可塑性十分重要。」
他強調，研究人員才剛開始明白突觸清除是如何影響大腦的成熟和穩態。根據他團隊對其他腦區的初步數據，似乎每個區域都有不同的星形膠質細胞介導的突觸清除速率。他們懷疑有一系列的內源和外源因素影響星形細胞調節每個區域迴路，並計劃闡明這些變量。Chung教授說：「我們的長期目標是，弄清楚星形膠質細胞介導的突觸轉變如何影響不同的神經功能紊亂的發生和發展。有趣的猜想是，通過調節星形膠質細胞的吞噬作用，修復突觸連接活性，這有可能作為一種全新的方案來治療多種大腦功能障礙。」
翻譯：陳振翀
審校：巢栩嘉
引進來源：韓國高等科學技術研究所
引進連結：https://medicalxpress.com/news/2020-12-astrocytes-plasticity-adult-brains.html