人們早就認識到，大腦的功能取決于神經(jīng)元通過其網(wǎng)絡快速闡述和傳遞信息的能力。為了支持它們完成這項任務，神經(jīng)膠質(zhì)細胞執(zhí)行一系列結(jié)構(gòu)、能量和免疫功能，以及穩(wěn)定生理常數(shù)。星形膠質(zhì)細胞是一種緊密圍繞在突觸周圍的膠質(zhì)細胞，突觸是神經(jīng)遞質(zhì)釋放的接觸點，在神經(jīng)元之間傳遞信息。

來自洛桑大學(UNIL)和日內(nèi)瓦Wyss生物和神經(jīng)工程中心的神經(jīng)科學家們利用一系列分子、成像和遺傳工具，在大腦中發(fā)現(xiàn)了一種介于神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞之間的新型細胞。這種特化細胞的非典型亞群的發(fā)現(xiàn)——研究小組稱之為谷氨酸能星形膠質(zhì)細胞——為科學家們提供了星形膠質(zhì)細胞在中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)生理和疾病中的復雜作用的新見解，突出了一個潛在的治療靶點。

“在神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細胞之間，我們現(xiàn)在有了一種新的細胞，”UNIL的榮譽教授、Wyss中心的訪問學者、這項研究的聯(lián)合主任Andrea Volterra博士說?！八陌l(fā)現(xiàn)開辟了廣闊的研究前景。我們接下來的研究將探索這種類型的細胞對阿爾茨海默病記憶障礙的潛在保護作用，以及它在其他區(qū)域和病理中的作用?！盫olterra是該團隊在《Nature》雜志上發(fā)表的題為“特化星形膠質(zhì)細胞介導中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的谷氨酸能膠質(zhì)傳遞”的論文的通訊作者和共同通訊作者。研究人員指出，“我們的研究增加了對星形膠質(zhì)細胞多樣性的理解，表明不同群體的特化星形膠質(zhì)細胞在腦功能中具有不同的作用……通過揭示成人大腦中特化星形膠質(zhì)細胞的非典型亞群，我們提供了對星形膠質(zhì)細胞在中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)生理和疾病中的復雜作用的見解，并確定了潛在的治療靶點?！?/span>

神經(jīng)學家早就提出星形膠質(zhì)細胞可能在突觸傳遞和參與信息處理中發(fā)揮積極作用。然而，迄今為止為證明這一點而進行的研究報告了相互矛盾的結(jié)果，目前還沒有明確的科學共識。通過鑒定一種具有星形膠質(zhì)細胞特征的新細胞類型，并表達突觸傳遞所必需的分子機制，Volterra及其同事可能結(jié)束了多年的爭議。

為了證實或反駁星形膠質(zhì)細胞像神經(jīng)元一樣能夠釋放神經(jīng)遞質(zhì)的假設，研究人員首先使用現(xiàn)代分子生物學方法仔細檢查了星形膠質(zhì)細胞的分子含量。他們的目標是找到快速分泌谷氨酸所需機制的痕跡，谷氨酸是神經(jīng)元使用的主要神經(jīng)遞質(zhì)。

“單細胞轉(zhuǎn)錄組學方法所允許的精度使我們能夠證明在細胞中存在囊泡蛋白的星形細胞譜，VGLUT負責填充特定的谷氨酸釋放的神經(jīng)元囊泡，”研究聯(lián)合主任Ludovic Telley博士解釋說。這些轉(zhuǎn)錄本是在小鼠細胞中發(fā)現(xiàn)的，顯然也保存在人類細胞中。我們還在這些細胞中發(fā)現(xiàn)了其他特殊的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)對谷氨酸能囊泡的功能及其與其他細胞快速溝通的能力至關重要?！?/span>

接下來，神經(jīng)科學家試圖找出這些雜交細胞是否有功能，也就是說，是否能夠以與突觸傳遞相當?shù)乃俣柔尫殴劝彼?。為了做到這一點，研究小組使用了一種先進的成像技術，可以可視化大腦組織和活體小鼠中的小泡釋放的谷氨酸。

作者寫道:“我們描述了一個特化星形膠質(zhì)細胞亞群，具有類似谷氨酸突觸的離散分子特征，明確了VGLUT依賴性谷氨酸在原位和體內(nèi)釋放的解剖分布和功能能力。我們已經(jīng)確定了星形膠質(zhì)細胞的一個亞群，它對選擇性刺激做出反應，快速釋放谷氨酸，這發(fā)生在這些細胞的空間劃定區(qū)域，讓人想起突觸。”

此外，谷氨酸釋放對突觸傳遞產(chǎn)生影響，調(diào)節(jié)神經(jīng)元回路。研究小組通過雜交細胞抑制VGLUT的表達來證明這一點?！八鼈兪钦{(diào)節(jié)神經(jīng)元活動的細胞，它們控制著神經(jīng)元的交流和興奮水平，”該研究的第一作者、UNIL高級研究員Roberta de Ceglia博士補充說。研究表明，如果沒有這種功能機制，參與記憶機制的神經(jīng)過程——長期增強作用(long-term potentiation)就會受損，小鼠的記憶也會受到影響。

研究小組指出:“星形膠質(zhì)細胞VGLUT1缺失后觀察到的情境記憶缺陷表明，谷氨酸能星形膠質(zhì)細胞在生理記憶處理中起作用。”

這一發(fā)現(xiàn)的意義延伸到腦部疾病。通過特別破壞谷氨酸能星形膠質(zhì)細胞，研究小組證明了對記憶鞏固的影響，但也觀察到與癲癇等疾病的聯(lián)系，在這種疾病中，小鼠的癲癇發(fā)作會加劇。研究人員進一步指出，觀察到星形膠質(zhì)細胞VGLUT1依賴性信號對小鼠誘發(fā)癲癇發(fā)作的保護作用，值得在慢性癲癇模型中進一步研究，以尋求可能的治療前景。最后，該研究表明，谷氨酸星形膠質(zhì)細胞也在調(diào)節(jié)涉及運動控制的大腦回路中發(fā)揮作用，因此可能為帕金森病提供潛在的治療靶點。

他們指出，這些發(fā)現(xiàn)“……證明了這些特化星形膠質(zhì)細胞的功能相關性，盡管它們的數(shù)量相對較少，并強調(diào)了它們作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)保護性治療目標的潛力。未來的研究有望產(chǎn)生中樞神經(jīng)系統(tǒng)范圍的圖譜，這將有助于定義谷氨酸能星形膠質(zhì)細胞的總體分布及其全方位的作用，并更好地理解這種非典型星形膠質(zhì)細胞群體存在的原因，以及它在解剖學和功能上整合到中樞神經(jīng)系統(tǒng)回路中的具體方式，以及它的改變特性是否以及如何有助于定義病理中樞神經(jīng)系統(tǒng)狀況?！?/span>