自从神经科学诞生以来，人们就已经认识到，大脑的工作主要归功于神经元（neurons），以及它们通过其网络快速阐述和传递信息的能力。而神经元的这些功能离不开大脑中的另一种细胞胶质细胞（glial cells）的支持，这些胶质细胞中有一些是所谓的星形胶质细胞（astrocytes），它们紧密围绕在神经元的突触周围。
因此，神经科学家们长期以来一直认为星形胶质细胞不仅仅发挥支持和分隔神经元的作用，还可能在突触传递中发挥积极作用，并参与信息处理。然而，迄今为止所进行的研究结果相互矛盾，这让星形胶质细胞能否通过快速释放神经递质来进行交流充满争议。
而一项最新发表的研究表明，组成大脑的两大细胞家族——神经元和胶质细胞，它们之间还隐藏着一种介于这两类细胞之间的新型细胞，这种细胞具有星形胶质细胞特征，但同时还能快速释放神经递质谷氨酸，像神经元一样传递信息。这一发现结束了神经科学领域多年来的争议，也为神经科学带来剧变。
2023年9月6日，瑞士洛桑大学的研究人员在 Nature 期刊发表了题为：Specialized astrocytes mediate glutamatergic gliotransmission in the CNS 的研究论文。
该研究发现了一种对大脑功能至关重要的新型大脑细胞——谷氨酸能星形胶质细胞，这种细胞介于两种常见的大脑细胞类型之间——神经元和胶质细胞。
这种特殊的细胞类型在促进记忆功能、参与运动控制、保护中枢神经系统中发挥重要作用，为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提供了新见解，并为CNS疾病（癫痫、阿尔茨海默病、帕金森病等等）的治疗提供了潜在靶点。
多模态星形胶质细胞-神经元通信控制大脑回路的组装和功能。例如，通过快速释放谷氨酸，星形胶质细胞可以控制突触网络的兴奋性、可塑性和同步活动，同时也导致神经精神疾病中突触网络的失调。星形胶质细胞要想通过谷氨酸快速释放进行信息交流，就必须具有类似神经元的Ca2+依赖性胞吐机制。然而，由于研究数据不一致和缺乏直接支持证据，这一机制是否存在受到质疑。
为了验证星形胶质细胞是否也能神经元一样释放神经递质，研究人员首先仔细研究了星形胶质细胞的基因表达情况，目的是找到快速分泌谷氨酸（神经元使用的主要神经递质）所必需的机制。
研究团队使用了单细胞转录组学技术，确定了9个在分子上不同的海马区星形胶质细胞亚群，其中一个特殊亚群——谷氨酸能星形胶质细胞，其特异性表达突触样谷氨酸释放机制，并定位于不同的海马区位点。这种星形胶质细胞亚群中存在囊泡型谷氨酸转运蛋白1（VGLUT1）的转录本，VGLUT1能够特异性将谷氨酸装载到突触囊泡并促进其在突触间隙的释放。该研究还发现，这类细胞中还存在其他特殊蛋白质，对于谷氨酸能囊泡的功能以及与其他细胞快速信息交流的能力是必不可少的。
接下来，研究团队尝试验证这种特殊的谷氨酸能星形胶质细胞是否有功能，也就是它们能否以与突触传递相当的速度来释放谷氨酸。为了做到这一点，研究团队使用基于GluSnFR的原位和体内成像技术，可以看到大脑组织和活体小鼠中囊泡释放的谷氨酸。
结果显示，谷氨酸能星形胶质细胞会对选择性刺激做出反应，快速释放谷氨酸，这种反应发生在细胞的空间分隔区域，就像神经元的突触一样。此外，谷氨酸的释放对突触传递产生影响，并调控神经元环路，研究团队通过抑制这些细胞的VGLUT的表达证明了这一点。
研究团队表示，这种谷氨酸能星形胶质细胞能够调控神经元活动，它们控制着神经元的交流水平和兴奋程度。在小鼠模型中的研究显示，如果没有这种功能机制，长时程增强作用（一种涉及记忆机制的神经过程）就会受损，小鼠的记忆也会受到影响。
该研究还发现，这种谷氨酸能星形胶质细胞与大脑疾病有关。研究团队通过特异性敲除这些谷氨酸能星形胶质细胞的VGLUT1，证实了这种细胞对记忆巩固的影响，还观察到了其与病理的联系，例如导致癫痫发作加剧。
最后，该研究还表明谷氨酸能星形胶质细胞还参与运动控制的大脑回路的调节，并可能为帕金森病（PD）提供治疗新靶点。
论文通讯作者 Andrea Volterra 表示，在神经元和胶质细胞之间，我们发现了一种新的细胞——谷氨酸能星形胶质细胞，这种特殊细胞发现开辟了巨大的研究前景。团队接下来的研究将进一步探索这种类型的细胞对阿尔茨海默病的记忆损失的潜在保护作用，以及它在其他大脑区域和疾病中的作用。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06502-w
转自：“生物世界”微信公众号
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