《Nature》发现新型脑细胞，它们具有保护中枢神经系统能力

神经科学家利用一系列分子、成像和遗传工具，在大脑中发现了一种介于神经元和神经胶质细胞之间的新型细胞。这种特化细胞的非典型亚群的发现——研究小组称之为谷氨酸能星形胶质细胞——为科学家们提供了星形胶质细胞在中枢神经系统生理和疾病中的复杂作用的新见解，突出了潜在的治疗靶点。

　　

人们早就认识到，大脑的功能取决于神经元通过其网络快速阐述和传递信息的能力。为了支持它们完成这项任务，神经胶质细胞执行一系列结构、能量和免疫功能，以及稳定生理常数。星形胶质细胞是一种紧密围绕在突触周围的胶质细胞，突触是神经递质释放的接触点，在神经元之间传递信息。

来自洛桑大学(UNIL)和日内瓦Wyss生物和神经工程中心的神经科学家们利用一系列分子、成像和遗传工具，在大脑中发现了一种介于神经元和神经胶质细胞之间的新型细胞。这种特化细胞的非典型亚群的发现——研究小组称之为谷氨酸能星形胶质细胞——为科学家们提供了星形胶质细胞在中枢神经系统(CNS)生理和疾病中的复杂作用的新见解，突出了一个潜在的治疗靶点。

“在神经元和星形胶质细胞之间，我们现在有了一种新的细胞，”UNIL的荣誉教授、Wyss中心的访问学者、这项研究的联合主任Andrea Volterra博士说。“它的发现开辟了广阔的研究前景。我们接下来的研究将探索这种类型的细胞对阿尔茨海默病记忆障碍的潜在保护作用，以及它在其他区域和病理中的作用。”Volterra是该团队在《Nature》杂志上发表的题为“特化星形胶质细胞介导中枢神经系统中的谷氨酸能胶质传递”的论文的通讯作者和共同通讯作者。研究人员指出，“我们的研究增加了对星形胶质细胞多样性的理解，表明不同群体的特化星形胶质细胞在脑功能中具有不同的作用……通过揭示成人大脑中特化星形胶质细胞的非典型亚群，我们提供了对星形胶质细胞在中枢神经系统(CNS)生理和疾病中的复杂作用的见解，并确定了潜在的治疗靶点。”

神经学家早就提出星形胶质细胞可能在突触传递和参与信息处理中发挥积极作用。然而，迄今为止为证明这一点而进行的研究报告了相互矛盾的结果，目前还没有明确的科学共识。通过鉴定一种具有星形胶质细胞特征的新细胞类型，并表达突触传递所必需的分子机制，Volterra及其同事可能结束了多年的争议。

为了证实或反驳星形胶质细胞像神经元一样能够释放神经递质的假设，研究人员首先使用现代分子生物学方法仔细检查了星形胶质细胞的分子含量。他们的目标是找到快速分泌谷氨酸所需机制的痕迹，谷氨酸是神经元使用的主要神经递质。

“单细胞转录组学方法所允许的精度使我们能够证明在细胞中存在囊泡蛋白的星形细胞谱，VGLUT负责填充特定的谷氨酸释放的神经元囊泡，”研究联合主任Ludovic Telley博士解释说。这些转录本是在小鼠细胞中发现的，显然也保存在人类细胞中。我们还在这些细胞中发现了其他特殊的蛋白质，这些蛋白质对谷氨酸能囊泡的功能及其与其他细胞快速沟通的能力至关重要。”

接下来，神经科学家试图找出这些杂交细胞是否有功能，也就是说，是否能够以与突触传递相当的速度释放谷氨酸。为了做到这一点，研究小组使用了一种先进的成像技术，可以可视化大脑组织和活体小鼠中的小泡释放的谷氨酸。

作者写道:“我们描述了一个特化星形胶质细胞亚群，具有类似谷氨酸突触的离散分子特征，明确了VGLUT依赖性谷氨酸在原位和体内释放的解剖分布和功能能力。我们已经确定了星形胶质细胞的一个亚群，它对选择性刺激做出反应，快速释放谷氨酸，这发生在这些细胞的空间划定区域，让人想起突触。”

此外，谷氨酸释放对突触传递产生影响，调节神经元回路。研究小组通过杂交细胞抑制VGLUT的表达来证明这一点。“它们是调节神经元活动的细胞，它们控制着神经元的交流和兴奋水平，”该研究的第一作者、UNIL高级研究员Roberta de Ceglia博士补充说。研究表明，如果没有这种功能机制，参与记忆机制的神经过程——长期增强作用(long-term potentiation)就会受损，小鼠的记忆也会受到影响。

研究小组指出:“星形胶质细胞VGLUT1缺失后观察到的情境记忆缺陷表明，谷氨酸能星形胶质细胞在生理记忆处理中起作用。”

这一发现的意义延伸到脑部疾病。通过特别破坏谷氨酸能星形胶质细胞，研究小组证明了对记忆巩固的影响，但也观察到与癫痫等疾病的联系，在这种疾病中，小鼠的癫痫发作会加剧。研究人员进一步指出，观察到星形胶质细胞VGLUT1依赖性信号对小鼠诱发癫痫发作的保护作用，值得在慢性癫痫模型中进一步研究，以寻求可能的治疗前景。最后，该研究表明，谷氨酸星形胶质细胞也在调节涉及运动控制的大脑回路中发挥作用，因此可能为帕金森病提供潜在的治疗靶点。

他们指出，这些发现“……证明了这些特化星形胶质细胞的功能相关性，尽管它们的数量相对较少，并强调了它们作为中枢神经系统保护性治疗目标的潜力。未来的研究有望产生中枢神经系统范围的图谱，这将有助于定义谷氨酸能星形胶质细胞的总体分布及其全方位的作用，并更好地理解这种非典型星形胶质细胞群体存在的原因，以及它在解剖学和功能上整合到中枢神经系统回路中的具体方式，以及它的改变特性是否以及如何有助于定义病理中枢神经系统状况。”