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本文聚焦星形胶质细胞，探讨其与神经元回路相互作用的细胞和分子基础。通过研究细胞黏附分子（CAMs）、连接蛋白和细胞外基质（ECM）等，揭示其对星形胶质细胞形态、突触和神经元回路功能的调控，为神经疾病研究提供新思路。
引言
星形胶质细胞是大脑组织中的主要神经胶质细胞类型，在大脑稳态、神经回路的发育、完善和功能中发挥重要作用。它们具有广泛分支的突起，通过突触周围星形胶质细胞突起（PAPs）与数十万个突触接触，形成 “三方突触”，这扩展了经典突触仅由神经元元素组成的观点。
尽管近年来对星形胶质细胞在调节神经回路和动物行为方面的重要性有了更多认识，但仍存在许多未知。例如，星形胶质细胞整合到神经回路并控制单个突触的细胞和分子基础尚不清楚，三方突触的形成和动态变化、PAPs 识别和维持合适伙伴的分子机制、PAPs 功能与星形胶质细胞形态复杂性的关系，以及三方突触在不同星形胶质细胞群体中的异质性等问题都有待解决 。
研究神经元间特殊细胞连接 —— 突触的经典细胞生物学方法，为解决星形胶质细胞与神经元相互作用的细胞和分子基础问题提供了思路。神经元中的许多细胞黏附分子（CAMs）在突触形成、功能和重塑中起关键作用，星形胶质细胞的 CAMs 可能通过与 F - 肌动蛋白和细胞内信号传导的联系影响 PAPs 动态和星形胶质细胞形态，同时通过与神经元黏附蛋白和 ECM 的细胞间连接，促进三方突触的形成和可塑性，还可能参与星形胶质细胞合胞体的形成和功能 。
近期转录组和蛋白质组学研究发现，星形胶质细胞表达在突触形成和可塑性中起作用的 CAMs，为探索星形胶质细胞与神经元的相互作用提供了新机会。本文将重点介绍关于 CAMs、连接蛋白和 ECM（特别是神经周围网，PNNs）三个相关主题的研究，这些研究揭示了星形胶质细胞形态与突触和回路功能调节之间的关键联系，有助于从黏附机制角度揭示星形胶质细胞整合到突触回路的基础。
细胞黏附分子和细胞内蛋白连接
神经元 - 星形胶质细胞接触中的连环蛋白
细胞间接触的黏着连接由跨膜蛋白钙黏蛋白（经典钙黏蛋白家族成员：E-、N - 和 P - 钙黏蛋白）和连环蛋白（即 α-、β- 和 p120 - 连环蛋白）组成，连环蛋白与钙黏蛋白的细胞内结构域结合。钙黏蛋白 - 连环蛋白复合物在介导相邻细胞间 Ca2+依赖的同源黏附中起关键作用，可组织肌动蛋白细胞骨架并调节基因转录，控制细胞运动、组织稳定性、修复和形态发生等重要生理过程。
已有研究报道，星形胶质细胞表达 E - 和 N - 钙黏蛋白以及 β- 和 δ- 连环蛋白，它们在调节星形胶质细胞形态和突触功能中发挥作用。在连环蛋白家族中，δ- 连环蛋白（一种 p120 - 连环蛋白）将钙黏蛋白与突触支架蛋白（如 Erbin、PSD-95 和 S-SCAM）连接起来 。它主要在树突中表达，促进树突伸长和分支，其基因缺失会损害突触可塑性和认知行为 。尽管曾认为 δ- 连环蛋白是神经元特异性的，但最近研究发现，皮质星形胶质细胞中也存在 δ- 连环蛋白，其在小鼠中约 2 周时的表达峰值，与星形胶质细胞复杂形态发生的时期一致。星形胶质细胞的 δ- 连环蛋白与 N - 钙黏蛋白结合，可稳定星形胶质细胞表面的 N - 钙黏蛋白，促进其与神经元 N - 钙黏蛋白的同源相互作用，这对星形胶质细胞形态发生至关重要，但不影响兴奋性突触密度 。因此，N - 钙黏蛋白 /δ- 连环蛋白复合物是控制星形胶质细胞形态发生的众多黏附蛋白复合物之一，且其是否调节突触可塑性和行为，以及是否涉及与神经元 N - 钙黏蛋白的同源结合，仍有待研究 。
另一种连环蛋白家族成员 β- 连环蛋白，在神经元中可将钙黏蛋白锚定到突触 F - 肌动蛋白上，调节突触结构和功能，还可转移到细胞核中调节 Wnt 靶基因的表达 。在星形胶质细胞中，β- 连环蛋白也有多种作用。有研究提出，它是星形胶质细胞机械损伤的传感器，损伤时 β- 连环蛋白从钙黏蛋白上释放并转移到细胞核，促进参与愈合过程（包括星形胶质细胞反应性）的蛋白质编码基因的转录 。此外，β- 连环蛋白还通过一种不依赖于神经元接触的细胞自主机制，影响星形胶质细胞成熟和突触功能。研究表明，Wnt/β- 连环蛋白通路可调节与间隙连接和突触功能相关的基因转录，在星形胶质细胞成熟前条件性敲除 Wnt/β- 连环蛋白通路的核效应器 TCF7L2，会导致皮质星形胶质细胞的异常平铺、间隙连接耦合受损、兴奋性突触发生增加，以及兴奋性突触传递适度增加和异常社会行为，但认知和学习能力无变化 。该通路还可通过调节星形胶质细胞中 EAAT2 和谷氨酰胺合成酶的表达，影响皮质兴奋，这两种蛋白分别介导突触谷氨酸的再摄取及其催化生成谷氨酰胺的过程 。总之，星形胶质细胞 β- 连环蛋白通过转录调节 Wnt 靶基因，在调节星形胶质细胞形态和突触活动中发挥作用。有趣的是，星形胶质细胞神经连接蛋白也被认为可通过转录调节控制星形胶质细胞形态 。
由于钙黏蛋白 - 连环蛋白复合物高度多样化，在阐明神经元 - 星形胶质细胞接触的机制时，需要仔细考虑复合物中每个成分的具体作用 。
星形胶质细胞神经连接蛋白
神经连接蛋白（Nlgns）和神经配蛋白（Nrxns）是关键的突触 CAMs，有助于突触特异性，对神经网络调节至关重要。在小鼠中，四种神经连接蛋白异构体中，Nlgn1 定位于兴奋性突触，而 Nlgn2 位于抑制性突触 。研究发现，星形胶质细胞也表达 Nlgn1 - 3，Eroglu 及其同事首次报道，星形胶质细胞的 Nlgn 与神经元的 Nrxn 接触，可驱动皮质星形胶质细胞的形态发育，并伴随突触活动的变化 。
两项近期研究进一步探索了星形胶质细胞 Nlgn3 在大脑功能中的作用。一项研究聚焦于小脑的一种星形胶质细胞 —— 伯格曼胶质细胞，它大量表达 Nlgn3 。通过基因组编辑标记内源性星形胶质细胞 Nlgn3，发现该蛋白主要定位于内质网和线粒体等细胞内细胞器。条件性敲除星形胶质细胞 Nlgn3 对突触数量或功能无显著影响，但会改变小脑和皮质中各种细胞类型的基因表达模式，并伴随社会新奇行为的变化 。因此，至少在小脑中，星形胶质细胞 Nlgn3 可能通过影响基因表达而非（或除了）直接影响突触来调节大脑功能，不过其导致转录变化的机制仍有待阐明 。
另一项研究表明，腹侧海马中的星形胶质细胞 Nlgn3 是突触可塑性和社会记忆的关键调节因子 。具体而言，敲除星形胶质细胞 Nlgn3 会通过上调兴奋性氨基酸转运体 2（EAAT2）增强谷氨酸摄取，促进谷氨酸摄取会阻碍星形胶质细胞激活，减少 ATP / 腺苷释放，损害长时程增强（LTP） 。然而，用腺苷或 A2a 受体激动剂处理海马切片，可挽救 Nlgn3 基因敲除小鼠的 LTP 。行为学上，敲除星形胶质细胞 Nlgn3 会破坏社会识别记忆，但不影响社交能力或运动功能 。值得注意的是，在成年大脑中破坏 Nlgn3 对星形胶质细胞形态或突触结构没有影响 。因此，星形胶质细胞 Nlgn3 通过限制腹侧海马中 EAAT2 蛋白表达来调节突触可塑性和记忆 。
Ezrins—— 与肌动蛋白细胞骨架的桥梁
连环蛋白并非唯一在星形胶质细胞形态发生中起作用的膜 - 细胞骨架连接蛋白。Ezrin 是 ezrin - radixin - moesin（ERM）家族成员，调节星形胶质细胞突起的结构可塑性，这对星形胶质细胞与突触的相互作用至关重要 。由于微绒毛的精细结构与星形胶质细胞 PAPs 相似，最初人们推测 ezrin 可能参与星形胶质细胞 PAPs 的形成 。Ezrin 通过其 C 末端结构域结合 F - 肌动蛋白，通过 N 末端区域与质膜蛋白结合，其激活需要 PIP2 结合和磷酸化 。
在大脑中，ezrin 几乎只在星形胶质细胞中表达，大部分磷酸化的 ezrin 定位于 PAPs 。其亚细胞分布模式与常用的星形胶质细胞标记物（如胶质纤维酸性蛋白和 S100β，它们标记细胞体和初级分支）不同 。在体内，ezrin 与谷氨酰胺合成酶（一种 PAP 标记物）和突触素（一种突触前标记物）共定位，进一步证实了它在靠近突触的星形胶质细胞 PAPs 中的作用 。实验表明，阻断 ezrin 与 F - 肌动蛋白的结合，会减少培养物中星形胶质细胞丝状伪足的数量、长度和运动性，体内敲低 ezrin 同样会降低星形胶质细胞突起的复杂性 。
Ezrin 促进星形胶质细胞丝状伪足运动性的作用，需要 mGluR3/5 和 Ca2+信号传导 。破坏星形胶质细胞 Ca2+信号会降低 ezrin 表达并改变星形胶质细胞形态，而过表达 ezrin 可逆转这种变化 。最近一项研究明确了 ezrin 依赖的 PAPs 动态调节的生理重要性 。在小鼠海马中耗尽星形胶质细胞 ezrin，会降低星形胶质细胞形态复杂性，导致 PAPs 从突触间隙缩短和回缩，这会促进谷氨酸溢出和 N - 甲基 - D - 天冬氨酸（NMDA）受体激活，增强突触效能和恐惧记忆 。
重要的是，ezrin 与支架蛋白 SAPAP3 相互作用，而 SAPAP3 与强迫症（OCD）的病理生理学相关 。蛋白质组学研究发现，纹状体星形胶质细胞中 SAPAP3 表达丰富，尤其是在 PAPs 中 。蛋白质相互作用分析表明，SAPAP3 参与与突触谷氨酸调节、稳态和肌动蛋白组织相关的通路；SAPAP3 基因敲除小鼠的 ezrin 活性、F - 肌动蛋白水平和星形胶质细胞区域均降低 。随后研究发现，在成年纹状体星形胶质细胞中恢复其形态，可改善 SAPAP3 基因敲除小鼠的 OCD 样行为。在纹状体星形胶质细胞中表达 SAPAP3 或通过化学遗传学挽救 SAPAP3 基因敲除小鼠中受损的 Gi-GPCR 信号，可减少 OCD 样行为，恢复星形胶质细胞区域，并增强神经元活动 。这一发现揭示了一种可恢复星形胶质细胞形态和行为障碍的信号通路，为开发缓解 OCD 样症状的治疗干预措施提供了基础 。
HepaCAM—— 星形胶质细胞 - 星形胶质细胞接触的介质
除了神经元 - 星形胶质细胞黏附机制外，皮质发育还涉及星形胶质细胞 - 星形胶质细胞黏附，其中一个关键介质是同源黏附蛋白 HepaCAM（也称为 GlialCAM） 。研究发现，敲除星形胶质细胞的 HepaCAM 会降低体内和体外星形胶质细胞的形态复杂性 。相反，敲低神经元的 HepaCAM 对星形胶质细胞形态没有影响，这表明星形胶质细胞 HepaCAM 的功能不需要与神经元 HepaCAM 结合 。体外拯救实验表明，HepaCAM 的细胞外和细胞内结构域都与连接蛋白协同促进星形胶质细胞形态复杂性 。HepaCAM 也存在于抑制性突触附近的 PAPs 中，敲除星形胶质细胞的 HepaCAM 会降低抑制性突触密度，改变兴奋和抑制的平衡 。虽然星形胶质细胞 HepaCAM 优先与抑制性突触相关的 PAPs 并置的基础尚待阐明，但该研究强调了星形胶质细胞结构精细化在神经元回路稳态中的重要性 。
间隙连接耦合
连接蛋白
星形胶质细胞中的间隙连接主要由连接蛋白亚基 Cx43 和 Cx30 形成 。间隙连接耦合允许细胞间交换离子、神经调节剂和代谢物，星形胶质细胞合胞体可控制细胞外 K+和谷氨酸水平，并促进对神经元的代谢供应 。近期研究为星形胶质细胞连接蛋白在突触和神经元回路功能中的作用提供了新见解 。
在一种情况下，连接蛋白与黏附蛋白协同调节星形胶质细胞形态发生 。在上述关于 HepaCAM 的研究中，沉默培养的星形胶质细胞中的 HepaCAM，不仅会损害星形胶质细胞形态复杂性，还会使 Cx43 定位错误，而表达抗内吞作用的 Cx43 突变体足以挽救星形胶质细胞的形态缺陷 。因此，维持细胞表面稳定的 Cx43 池对促进星形胶质细胞形态发生似乎很重要 。
星形胶质细胞连接蛋白也有助于调节神经元兴奋性 。两项研究突出了它们在调节神经元超极化后（AHP）电流中的作用 。一项研究中，在海马星形胶质细胞中外源过表达 Cx30，会改变 KCNQ 电压门控 K+通道活性，增加 AHP 电流幅度和持续时间，并降低突触传递和可塑性 。另一项研究发现，同时敲除 Cx30 和 Cx43 会增加细胞外 K+水平，伴随 KCNQ 通道活性改变，降低神经元 AHP 。因此，星形胶质细胞连接蛋白影响单个神经元的兴奋性，进而调节神经网络的整体活动 。
细胞外基质
连接蛋白与神经周围网的联系
PNN 是一种密集的 ECM，主要围绕表达小白蛋白（PV）的皮质抑制性神经元 。最近发现，星形胶质细胞的 Cx30 在小鼠视觉皮质可塑性的关闭中，涉及 PNN 发挥意想不到的作用 。Cx30 在关键期结束时表达最高，成年小鼠通过黑暗暴露重新开启视觉皮质可塑性时，其水平下降 。这些观察结果表明，Cx30 在关键期关闭中起因果作用，植入低 Cx30 水平的新生星形胶质细胞或 Cx30 基因敲除小鼠的成熟星形胶质细胞，可重新开启成年动物的视觉可塑性，进一步支持了这一观点 。此外，Cx30 缺陷小鼠的关键期关闭延迟、PNN 较小，且兴奋 / 抑制平衡改变，这是异常发育性回路完善的标志性特征 。蛋白质组学分析确定了 RhoA-ROCK2-MMP9 是 Cx30 抑制以关闭关键期的下游靶通路 。因此，星形胶质细胞网络通过依赖 Cx30 的信号传导调节 PNN 状态，该信号传导靶向一种基质金属蛋白酶，从而控制视觉皮质的可塑性 。鉴于 Cx30 广泛的表达模式，其是否在其他脑区调节 ECM 和神经元可塑性，值得进一步研究 。值得注意的是，在果蝇中报道了星形胶质细胞在关闭运动回路关键期中的作用，不过在这种情况下需要星形胶质细胞与神经元之间的 Nlgn-Nrxn 相互作用以及树突微管的稳定 。
PNN 紧密包裹 PV 神经元的细胞体和轴突起始段，但有小穿孔，轴突终末在穿孔处形成轴体突触 。最近发现，这些穿孔还含有表达 Kir4.1 通道和 GLT1 转运体的 PAPs，它们对从突触间隙清除 K+和谷氨酸至关重要 。PNN 穿孔与三方突触的紧密整合，表明星形胶质细胞与 PNN 之间存在协同关系，PNN 作为扩散屏障，PAPs 可在其中有效清除突触分子，防止兴奋性毒性或膜兴奋性破坏 。反过来，星形胶质细胞通过限制 PNN 降解来帮助稳定 PNN，例如通过 Cx30 抑制 MMP9 。值得注意的是，降解 PNN 会增加星形胶质细胞对 PV 神经元的覆盖，但不影响突触，这表明这是对升高的 K+和谷氨酸溢出的一种保护反应 。鉴于 PNN 缺失与阿尔茨海默病等病理状况相关，依赖星形胶质细胞的 PNN 调节可能作为一种潜在的治疗策略 。
Neurocan 是凝集素家族的一种硫酸软骨素蛋白聚糖，是 ECM/PNN 的主要成分 。Neurocan 与神经元 CAMs 结合，调节轴突导向、神经突生长和突触可塑性 。最近有报道显示，星形胶质细胞分泌的 Neurocan 在生长抑素阳性抑制性输入的突触形成中起作用 。小鼠中 Neurocan 缺失会减少前扣带回皮质中生长抑素阳性抑制性突触小体和抑制性突触传递 。星形胶质细胞促进特定类型抑制性突触的形成很重要，揭示星形胶质细胞通过分泌因子与其细胞表面蛋白协同支持多种类型突触形成的机制，将是一个有趣的研究方向 。
结论和展望
总之，星形胶质细胞的黏附机制与 PAPs 的形成和功能密切相关，反映在星形胶质细胞形态复杂性程度以及它们与突触网络相互作用的能力上 。驱动 PAPs 活动和星形胶质细胞形态成熟的机制涉及多个参与者，它们共享许多与神经元细胞 - 细胞黏附和细胞 - ECM 接触相同的成分 。相关分子在发育和区域特异性表达模式上的差异，进一步增加了其复杂性 。星形胶质细胞本身是一个多样且高度异质的细胞群体，即使在齿状回等小的脑区也是如此，这表明星形胶质细胞会适应与其相互作用的回路 。此外，对于单个星形胶质细胞的 PAPs 之间的分区和专业化程度，人们了解甚少，而这可能为
