星形膠質細胞在調節突觸可塑性中的作用

姜雪 劉航 杜志成

星形膠質細胞在調節突觸可塑性中的作用

姜雪 劉航 杜志成

突觸傳遞的可塑性被認為是學習和記憶的神經生物學基礎，其取決于不同的神經元突觸前和突觸后機制。然而，最近有越來越多的研究涉及可塑性的第三個要素——突觸周圍的膠質細胞。傳統觀念一直認為星形膠質細胞(astrocyte，AS)僅是被動的輔助角色，起支持和營養等作用。近年的研究發現，無論在中樞還是外周神經系統，星形膠質細胞都主動參與了信息的傳遞與整合，并通過其釋放的神經膠質遞質等直接影響突觸的可塑性。本文結合近年來的研究結果，對AS在突觸可塑性中的研究進展作一綜述。

AS;突觸可塑性;神經遞質;突觸傳遞

在由神經元和膠質細胞構成的神經系統中，膠質細胞數量占90%，其中星形膠質細胞(astrocyte，AS)是體積最大，也是分布最為廣泛的膠質細胞。過去認為AS主要是對神經元起支持和營養作用。然而，近年來越來越多的證據表明AS在維持神經系統的正常生理活動、腦的發育和神經病理等過程中發揮著重要作用［1］。突觸是神經元之間信息傳遞過程中的重要結構。最新觀點認為，AS與突觸前和突觸后神經元共同構成三重突觸(tripartite synapses)結構，參與信號的傳導和整合［2］。

1 突觸可塑性

突觸可塑性是指突觸在一定時期，一定條件下突觸數目、結構和功能的改變，既包括突觸傳遞效能的變化，又包括突觸形態結構以及亞微結構的變化，來調節神經傳導和神經分泌等［3］。

根據作用時間，突觸可塑性可分為短時效的和長時效的。根據接收條件刺激的突觸前纖維與傳遞效應改變的突觸之間的對應關系，可分為同突觸型，即條件刺激和可塑性改變發生在同一條突觸通路上;和異突觸型，指條件刺激作用于傳入神經，而可塑性改變發生在沒有接受刺激的突觸通路上［4］。

2 AS與突觸可塑性

AS與突觸前、后神經元的位置關系密切，在神經系統內與突觸結構緊密相連。早在1997年，Barres等［5］就報道，膠質細胞可以促進突觸間的聯系。與膠質細胞共同生長的神經元突觸的活躍程度是獨自生長的神經元突觸的10倍。后來，Barres實驗室又發現，去除視網膜神經節細胞(RGCs)中的AS后，電生理記錄反映突觸的活性很小;將AS加入后，即使沒有與膠質細胞接觸，神經元對多種刺激的反應程度也比那些獨自生長的高出7倍，且很少出現突觸傳遞障礙。為解釋上述現象，Mauch等［6］使用層析、2 d電泳和質譜分析等方法進行了細致的研究。結果表明，AS在突觸囊泡的釋放和再循環過程中也有重要作用。AS釋放的載脂蛋白/膽固醇被神經元內吞入胞內，使RGCs的自身突觸(autapse)數目增加了8倍，量子含量 (quantal content)增加了10倍。近年來，使用細胞培養、膜片鉗記錄、免疫熒光標記及免疫電鏡、免疫蛋白印跡等多種技術進行的研究也揭示:在體外培養條件下，AS可直接控制神經元的突觸數目和效能，這些結果提示AS可主動參與調控神經元的興奮性及突觸的可塑性［7］。

3 AS通過釋放遞質調節突觸可塑性

根據傳統的觀點，能否釋放遞質是神經元與膠質細胞的一個根本區別。現已證實，膠質細胞也能釋放遞質，包括谷氨酸、ATP、D-絲氨酸等。這些膠質細胞源性遞質既可以作用于AS自身，也可以作用于神經元，調節突觸傳遞和神經元活性［8］。

3.1 谷氨酸 谷氨酸是中樞神經系統重要的興奮性神經遞質，AS能通過控制突觸間隙谷氨酸的濃度來調節突觸傳遞。其釋放的谷氨酸可作用于突觸后膜的NMDA受體，激活神經元［9］;也可作用于突觸前膜的NMDA受體，增加微小興奮性突觸后電位和微小抑制性突觸后電位;還能激活中間神經元上的紅藻氨酸受體 (kainite recepotor，KA)，引起自發性抑制性突觸后電位頻率增加［10］;此外，谷氨酸還能活化不同類型的谷氨酸受體，特定調節海馬中間神經元的抑制性突觸傳遞［11］。

3.2 ATP ATP對突觸傳遞主要起抑制作用，這可以通過突觸前、后兩種機制實現。在海馬，突觸前膜釋放的谷氨酸可作用位于AS膜表面的相應受體引起ATP釋放，ATP在細胞外降解生成的腺嘌呤可激活突觸前膜的嘌呤受體，抑制突觸前神經元進一步釋放神經遞質［12］。此外，ATP能減少谷氨酸能神經元內Ca2+震蕩的幅度和頻率，從而抑制興奮性突觸傳遞［13］。通過這種方式，AS可抑制突觸傳遞并為遠隔部位的突觸提供“交互通話”的方式。這樣，AS對突觸活動的整合使整個突觸網絡內產生了廣泛的協同效應［14］。

3.3 D-絲氨酸 D-絲氨酸有助于在突觸后神經元引發長時程增強(long-term potentiation，LTP)。AS可通過釋放D-絲氨酸的量來控制長時程突觸可塑性。Yang等［15］發現，與AS共同培養的神經元可誘發出LTP;而在不含AS的條件培養液中，只能觀察到正常的自發性和誘發性突觸傳遞，但誘發不出LTP;如果向其中加入D-絲氨酸，則能夠重新誘發出LTP。而且這些LTP現象均可被D-絲氨酸降解酶所抑制。

3.4 其他 除以上神經膠質遞質外，AS還可以釋放高半胱氨酸和其他非遞質類物質，如膽固醇，腫瘤壞死因子，神經營養因子，細胞外基質等，對于突觸數量、結構和傳遞效能產生重要影響。

4 展望

近年來，對膠質細胞生物學功能的研究已經成為神經生物學領域的一大熱點。隨著研究的深入，對于膠質細胞在突觸可塑性調節中的作用取得了一定進展，但仍有許多重要環節沒有闡明。隨著對膠質細胞與神經元之間相互作用機制的日益深入的研究，人們對于腦功能的認識將日臻完善，諸多尚未澄清的問題必會得到圓滿的解答。

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