腹侧海马-伏隔核通路星形胶质细胞集群调控慢性四氢大麻酚暴露诱导的认知损伤

《Nature Communications》：An astrocytic ensemble at vHip-NAc synapses modulates cognitive impairments induced by chronic tetrahydrocannabinol exposure

本研究聚焦青少年期慢性四氢大麻酚（THC）暴露引发的认知功能障碍机制。研究人员通过AstroLight技术发现，伏隔核（NAc）内存在特异性响应腹侧海脑（vHip）输入的星形胶质细胞集群，该集群通过p38α MAPK通路介导的谷氨酸释放，导致细胞外谷氨酸水平升高和GLT-1功能下调，进而引发突触可塑性损伤。特异性调控该星形胶质细胞集群可逆转THC诱导的空间学习记忆缺陷，为认知障碍治疗提供了新靶点。

　　

随着大麻在全球范围内的使用日益普遍，青少年期吸食大麻对大脑发育的负面影响引起了广泛关注。大麻中的主要精神活性成分δ⁹-四氢大麻酚（THC）会通过与内源性大麻素系统相互作用，特别是作用于大麻素1型受体（CB1R），影响大脑功能。青少年期是大脑发育的关键阶段，此时慢性接触THC会带来严重风险，包括认知功能损伤、大脑奖赏系统紊乱以及对其他成瘾物质的易感性增加。然而，THC如何具体导致这些认知损伤，其背后的细胞和分子机制尚不完全清楚。

以往的研究多集中于神经元在药物成瘾和行为障碍中的作用，但近年来科学家们发现，星形胶质细胞作为大脑中数量最多的胶质细胞，在调节突触传递和神经环路功能中扮演着主动角色。星形胶质细胞不仅表达CB1R，还能通过钙离子（Ca²⁺）信号和谷氨酸释放与神经元进行双向通讯。特别是在伏隔核（NAc）——一个在奖赏、动机和空间学习中至关重要的脑区——星形胶质细胞可能通过调节谷氨酸稳态，影响药物成瘾相关行为。然而，在THC暴露背景下，NAc中的星形胶质细胞是否以及如何参与认知功能的调控，仍然是一个未解之谜。

为了解决这些问题，由Marta Navarrete领导的研究团队在《Nature Communications》上发表了他们的最新研究成果。他们开发了一个模拟青少年期使用大麻的实验模型，通过慢性给予低剂量（1毫克/千克）THC，探究其对星形胶质细胞功能、突触可塑性和行为的影响。研究团队运用了多种先进技术方法，包括在体纤维光度记录（分析星形胶质细胞Ca²⁺活动和细胞外谷氨酸动态）、电生理记录（评估突触可塑性）、免疫组织化学和RNAscope（检测蛋白和mRNA表达）、免疫电镜（确认CB1R在星形胶质细胞的表达）以及创新的AstroLight工具（用于在体标记和操控特定环路的星形胶质细胞集群）。实验使用了C57BL/6J、p38a^flox/flox和CB1^flox/flox等转基因小鼠品系，通过立体定位注射腺相关病毒（AAV）在特定脑区表达工具蛋白。

THC增加NAc星形胶质细胞钙活性

研究人员首先证实，青少年期（出生后30-35天开始）连续20天慢性THC暴露会损害小鼠在巴恩斯迷宫测试中的空间学习和记忆能力，并消除NAc synapses（突触）的长时程抑制（LTD），这是一种重要的突触可塑性形式。这种损伤具有发育阶段特异性，因为在成年期给予相同剂量的THC则不会产生显著影响。通过免疫电镜和RNAscope技术，他们确认了NAc星形胶质细胞表达CB1R，并且THC处理降低了星形胶质细胞中CB1R的mRNA表达。利用在体纤维光度法记录表达GCaMP6f（一种钙指示蛋白）的NAc星形胶质细胞的Ca²⁺信号，研究发现THC暴露导致星形胶质细胞Ca²⁺事件频率持续增加，而在急性脑片中加入CB1R反向激动剂AM-251则阻断了THC诱导的Ca²⁺活动增强，表明这种效应是由星形胶质细胞自身的CB1R介导的。

THC诱导伏隔巨星形胶质细胞释放谷氨酸

已知星形胶质细胞Ca²⁺升高可触发谷氨酸释放。研究人员通过表达iGluSnFR（一种谷氨酸传感器）监测细胞外谷氨酸动态，发现THC处理选择性增加了持续时间长于10秒的慢速谷氨酸事件的振幅，而快速事件（<10秒）的频率降低。这表明THC增加了NAc的谷氨酸张力（glutamatergic tone）。进一步的研究显示，THC处理降低了星形胶质细胞主要谷氨酸转运体GLT-1的表达和功能。这些发现提示，慢性THC暴露通过增加谷氨酸释放和减少摄取，破坏了NAc的谷氨酸稳态。

星形胶质细胞释放的谷氨酸对行为和LTD的影响

为了明确星形胶质细胞来源的谷氨酸在THC诱导损伤中的作用，研究团队构建了星形胶质细胞特异性p38α MAPK敲除小鼠（Astrop38小鼠）。p38α MAPK在活动依赖性胶传递（gliotransmission）中起关键作用。在Astrop38小鼠中，THC处理未能引起慢速谷氨酸事件振幅的增加，也没有导致GLT-1的下调和功能受损。更重要的是，Astrop38小鼠在经历THC处理后，并未表现出空间学习缺陷，并且其NAc synapses的LTD得以保留。这些结果证明，星形胶质细胞释放的谷氨酸是THC诱导认知和突触损伤所必需的。

NAc星形胶质细胞集群参与vHip→NAc环路及THC诱导的空间学习损伤的鉴定

空间学习依赖于腹侧海马（vHip）到NAc环路的协调活动。为了在体鉴定参与vHip→NAc环路的特异性星形胶质细胞集群，研究人员使用了AstroLight工具。该工具能将星形胶质细胞的Ca²⁺信号转化为光依赖性基因表达，从而实现对特定条件下被激活的星形胶质细胞群体进行标记和操控。通过在海马神经元表达光敏感通道Channelrhodopsin-2（ChR2），并在NAc星形胶质细胞表达AstroLight，光学刺激vHip投射到NAc的纤维，可以诱导响应此环路的星形胶质细胞集群表达报告基因（如YFP）。分析发现，被标记的星形胶质细胞集群主要分布在NAc的腹侧部分，约占全部标记星形胶质细胞的22.24%。

研究团队进一步通过功能获得和功能缺失两种策略操控该星形胶质细胞集群。在功能获得实验中，利用AstroLight在vHip→NAc星形胶质细胞集群中表达由设计师药物独家激活的设计师受体（Gq-DREADDs）。在THC处理后，用CNO化学遗传学激活该集群，可以恢复小鼠在巴恩斯迷宫中的空间学习能力，并逆转THC引起的GLT-1表达下调。值得注意的是，这种恢复效应是集群特异性的，因为使用GFAP启动子广泛激活整个NAc的星形胶质细胞则无效。在功能缺失实验中，利用AstroLight在THC处理期间于vHip→NAc星形胶质细胞集群中表达质膜钙泵hPMCA2w/b，以衰减THC诱导的Ca²⁺活动升高。这种干预阻止了THC引起的细胞外谷氨酸动态改变、空间学习缺陷以及vHip→NAc通路LTD的损伤。

研究结论与意义

这项研究揭示了青少年期慢性THC暴露损害认知功能的一种新颖机制，其核心是NAc内一个特定的、与vHip→NAc环路相关的星形胶质细胞集群。THC通过激活该集群星形胶质细胞上的CB1R，引发细胞内Ca²⁺信号升高，进而通过p38α MAPK依赖性机制释放谷氨酸。过量的谷氨酸导致细胞外谷氨酸水平升高，并可能通过反馈机制下调GLT-1转运体的表达和功能，进一步加剧谷氨酸稳态失衡。这种失衡最终破坏了NAc synapses的NMDAR和mGluR5依赖性的LTD，导致空间学习记忆损伤。

该研究的重要意义在于：首先，它阐明了星形胶质细胞，特别是功能特异的星形胶质细胞集群，在物质成瘾（尤其是大麻）引起的认知损伤中的关键作用，将研究视角从神经元扩展到了神经元-星形胶质细胞互作层面。其次，研究不仅证明了星形胶质细胞集群是THC负面效应的介质，更重要的是，发现特异性操控该集群的活动能够预防甚至逆转这些认知损伤，这为开发针对大麻相关认知障碍的新型治疗策略提供了潜在靶点。最后，研究所应用的AstroLight等技术，为在体研究特定神经环路中星形胶质细胞的功能提供了强大工具，将推动对大脑中星形胶质细胞异质性及其在复杂行为中作用的深入理解。总之，这项研究深化了对大麻神经毒理机制的认识，并凸显了靶向星形胶质细胞 ensembles 在治疗精神神经系统疾病中的广阔前景。