在大腦中，神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細胞協(xié)同工作以處理信息并實現(xiàn)復雜的行為和認知能力。星形膠質(zhì)細胞具有許多功能，例如控制血腦屏障、為神經(jīng)組織提供營養(yǎng)并支持其修復。星形膠質(zhì)細胞的一個有趣特征是它們形成連接細胞的大型網(wǎng)絡。這些耦合由特定的膜孔組成，這些膜孔由一組稱為連接蛋白的蛋白質(zhì)形成。并且通過這些連接，星形膠質(zhì)細胞可以通過交換各種離子和小分子相互交流。
關閉星形膠質(zhì)細胞耦合會破壞空間記憶的形成
由蘇黎世大學 (UZH) 藥理學和毒理學研究所的 Aiman Saab 和 Bruno Weber 領導的一組神經(jīng)科學家發(fā)現(xiàn)，在小鼠的成年大腦中，星形膠質(zhì)細胞的耦合有助于海馬體的神經(jīng)功能，海馬體是一個大腦區(qū)域，參與空間記憶的形成。“我們發(fā)現(xiàn)，在成年期，完整的星形膠質(zhì)細胞網(wǎng)絡對于該大腦區(qū)域的神經(jīng)穩(wěn)態(tài)、突觸可塑性和空間認知能力至關重要，”該研究的最后一位作者 Aiman Saab 說。
為了闡明星形膠質(zhì)細胞網(wǎng)絡的功能相關性，研究人員生成了一個小鼠模型，其中負責將星形膠質(zhì)細胞連接在一起的兩個關鍵連接蛋白可以選擇性地失活。一旦相應的基因被關閉，星形膠質(zhì)細胞就會失去維持細胞間網(wǎng)絡的能力，并且星形膠質(zhì)細胞與星形膠質(zhì)細胞的耦合會在幾周內(nèi)被破壞。
完整的星形膠質(zhì)細胞網(wǎng)絡是成年小鼠大腦功能的關鍵
星形膠質(zhì)細胞網(wǎng)絡的破壞改變了海馬神經(jīng)元的興奮性及其在突觸處的信號傳遞。此外，這些存儲突觸信息所需的特殊神經(jīng)元連接的加強也受到了損害。這伴隨著動物空間學習和記憶的顯著缺陷。“眾所周知，星形膠質(zhì)細胞功能與塑造認知能力有關。我們的研究現(xiàn)在表明，完整的星形膠質(zhì)細胞網(wǎng)絡對于成年小鼠的空間記憶形成至關重要，”該研究的第一作者 Ladina Hösli 說。
與神經(jīng)退行性疾病和神經(jīng)精神疾病的驚人相似之處
此外，大腦的初級免疫細胞也受到星形膠質(zhì)細胞耦合缺失的影響。在小鼠中觀察到的這些所謂的小膠質(zhì)細胞的激活類似于阿爾茨海默病等神經(jīng)退行性疾病和抑郁癥等神經(jīng)精神疾病中記錄的變化。“星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞不僅改變了它們的形態(tài)，我們還發(fā)現(xiàn)了與疾病相關的小膠質(zhì)細胞特有的特定標志物的變化，”Hösli 說。
由于正常的大腦老化也與星形膠質(zhì)細胞耦合的變化有關，這些神經(jīng)膠質(zhì)細胞的變化可能會導致與年齡相關的學習和記憶衰退。“我們的研究表明，在成人大腦中，星形膠質(zhì)細胞連接蛋白的功能和完整的神經(jīng)膠質(zhì)網(wǎng)絡可能對星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞共同維持神經(jīng)穩(wěn)態(tài)的方式很重要，”Aiman Saab 說。在下一步中，研究人員旨在了解當星形膠質(zhì)細胞耦合受到干擾時小膠質(zhì)細胞的功能如何改變。
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