Nature:星形膠質細胞或能吞噬突觸連接從而維持成年機體大腦的可塑性

2021-01-08 騰訊網

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發育中的大腦會在我們學習和記憶的過程中不斷產生新的神經元連接，其被稱之為突觸。其中重要的連接（那些被反覆引入，比如如何避免機體危險的連接等）能得到培養和加強，而被認為並不必要的連接則會被刪除；成年人的大腦中也會經歷類似的修剪，但目前研究人員並不清楚成年人大腦中的突觸是如何或為何被清除的。

近日，一項刊登在國際雜誌Nature上的研究報告中，來自韓國科學技術高級研究院等機構的科學家們通過研究揭示了成年人大腦可塑性發生以及潛在的神經紊亂發生的分子機制。研究者Won-Suk Chung教授說道，本文研究對於理解在機體學習、記憶甚至是生病時大腦中神經迴路改變的分子機制具有深遠的影響和意義，突觸數量的改變與多種神經性疾病的流行存在著較強的關聯性，比如自閉症譜系障礙、精神分裂症、額顳葉痴呆和多種形式的癲癇等。

圖片來源：The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)

大腦中的灰質含有小膠質細胞和星形膠質細胞，這兩互補的細胞能夠支持神經元和突觸的功能。小膠質細胞能扮演一線防禦細胞的角色，其主要負責吞噬病原體和死亡細胞；而星形膠質細胞則是一種星狀細胞，其能通過幫助控制神經元間的信號來促進大腦結構的構建並維持機體的內平衡；據研究者介紹，人們普遍認為，小膠質細胞能吞噬突觸來作為吞噬作用/過程的一部分。

研究者Chung說道，利用新型工具他們首次發現，星形膠質細胞（並非小膠質細胞）能不斷消除過度且不必要的成人興奮性突觸連接以對神經元活性產生反應。本文研究結果挑戰了這一領域的普遍共識，即小膠質細胞是能控制大腦中突觸數量的主要突觸吞噬細胞。此外，文章中，研究人員還開發了一種分子傳感器來檢測神經膠質細胞所消除的突觸，同時還能定量哪些類型的細胞突觸會被消除。

研究人員在剔除MEGF10基因的小鼠模型中還採用了該技術進行研究，MEGF10基因能幫助星形膠質細胞來消除突觸。攜帶缺陷的星形吞噬細胞的成體動物模型在其海馬體中興奮性突觸的數量通常會表現為異常增加，通過聯合研究後，研究者發現，這些增加的興奮性突觸會出現功能性受損的表現，從而導致MEGF10缺失的動物模型出現學習和記憶形成的缺陷。

研究者認為，通過這一過程至少能在成體海馬體CA1區域闡明，星形膠質細胞就是消除突觸的主要參與者，而其功能則對於控制突觸的數量和可塑性必不可少。目前研究人員剛剛開始理解突觸的消除是如何影響大腦的成熟和內平衡的；在研究人員對其它模型大腦區域的初步研究數據中，他們發現，每個區域的星形膠質細胞的突觸消除速率似乎都是不同的，於是他們推測多種內外部因素或許會影響星形膠質細胞調節每個區域的迴路。

最後研究者Chung說道，他們長期的研究目標是理解星形膠質細胞所介導的突觸轉換如何影響多種神經性疾病的開始和進展。研究人員提出了一種有趣的假設，即調節星形膠質細胞的吞噬作用來恢復突觸的連接性或許能作為一種新型策略來治療多種人類大腦障礙。

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