苏黎世大学药理学和毒理学研究所的科学家领导的一项新研究发现，在成年小鼠的大脑中，通过星形胶质细胞网络进行的通信控制着海马体空间记忆和可塑性的形成。
由AimanSaab博士和BrunoWeber博士领导的UZH团队发现，星形胶质细胞的成年小鼠缺乏两种主要通道蛋白(连接蛋白30和43)，这两种通道蛋白形成称为“间隙连接”的专门细胞间通讯门户，表现出异常的神经元兴奋性、突触性海马CA1区神经信号的传输和长期增强，共同导致完全无法编码空间记忆。
“我们发现，在成年期，完整的星形胶质细胞网络对于该大脑区域的神经稳态、突触可塑性和空间认知能力至关重要，”该论文的资深作者萨博说。
该研究结果于2022年3月7日发表在《细胞报告》杂志上，题为“成年小鼠中的星形胶质细胞解耦会损害突触可塑性和空间学习”。
星形胶质细胞(称为星形胶质细胞或星形胶质细胞)控制通过血脑屏障的通道，为神经组织提供营养，并支持神经修复。星形胶质细胞与神经元一起工作，以实现大脑的认知和行为功能。正如神经元通过突触连接形成神经网络一样，星形胶质细胞通过由连接蛋白构成的膜通道进行耦合，从而实现离子和小分子的交换。
为了了解两种主要连接蛋白在成熟海马回路功能中的功能，研究小组开发了一种小鼠模型，其中连接蛋白30和43在发育阶段活跃，但可以通过诱导性Cre介导的基因重组在成年阶段失活，选择性地在海马体的星形胶质细胞中。一旦编码连接蛋白30和43的基因被关闭，星形胶质细胞与星形胶质细胞的偶联在几周内就会被破坏。
作者观察到，星形胶质细胞网络的破坏改变了神经元的兴奋性以及通过海马神经突触的信号传输，并伴有空间学习和记忆的显着缺陷。
“众所周知，星形胶质细胞的功能与认知能力的形成有关，”该研究的第一作者LadinaHösli博士说。“我们的研究表明，完整的星形胶质细胞网络对于成年小鼠的空间记忆形成至关重要。”
星形胶质细胞耦合的丧失还会影响大脑中称为小胶质细胞的初级免疫细胞。研究人员发现，成人大脑中星形胶质细胞连接蛋白的丧失和星形胶质细胞网络的解耦导致整个大脑中星形胶质细胞和小胶质细胞的激活。类似的异常小胶质细胞激活是大脑炎症的标志，在阿尔茨海默病等神经退行性疾病和抑郁症等神经精神疾病中也观察到。
“星形胶质细胞和小胶质细胞不仅改变了它们的形态，我们还发现了与疾病相关的小胶质细胞特有的特定标记物的改变，”Hösli说。作者利用Sholl分析绘制了小胶质细胞分支的复杂性，表明小鼠中星形胶质细胞网络的解耦导致小胶质细胞分支的复杂性增加。
大脑中与年龄相关的变化也与星形胶质细胞耦合的变化有关，这表明星形胶质细胞解偶联可能导致与年龄相关的学习和记忆能力下降。
“我们的研究表明，在成人大脑中，星形胶质细胞连接蛋白的功能和完整的神经胶质网络可能对于星形胶质细胞和小胶质细胞共同维持神经稳态的方式很重要，”萨博说。
该研究的一个局限性是，连接蛋白的功能超出了细胞间通讯的范围，这可能在突变小鼠中观察到的功能缺陷中发挥了作用。作者指出，“这项研究的结果可能受到多种分子机制的影响，这需要进一步研究。”
在未来的实验中，该团队将重点研究当星形胶质细胞网络被破坏时小胶质细胞功能如何变化。