星形膠質細胞與可塑性

一、突觸可塑性

神經元在學習和記憶等高級大腦功能中的作用已經得到了很好的證實。加拿大心理學家唐納德·赫布(Donald Hebb)提出的赫布學習定律(Hebb’s law of learning)揭示，大腦記憶的物質基礎是突觸的可塑性。突觸可塑性最初是指神經元間突觸連接在形態和功能上的改變，主要表現為長時程增強(LTP)和長時程抑制(LTD)。當兩個神經元連接在一起并產生神經沖動時，它們之間的突觸傳遞就會增強，從而導致更有效的神經元激活。LTP是突觸可塑性的主要形式，LTP和LTD都是學習和記憶等高級腦功能的生物學基礎。

二、星形膠質細胞和突觸可塑性

在發現神經元在大腦高級活動中的各種功能后，星形膠質細胞也被發現與大腦的高級功能密切相關。20世紀50年代，阿爾伯特·愛因斯坦qu世后，人們發現他的大腦與正常人的大腦wei一不同之處在于星形膠質細胞及其過程的數量和大小更大。因此，假設星形膠質細胞在大腦的高級功能中發揮重要作用。在過去的二十年里，星形膠質細胞的研究取得了重大進展。隨著星形膠質細胞在高級腦功能中的作用越來越清晰，它們在突觸可塑性中的作用也得到了證實。突觸可塑性的定義也得到了擴展和發展。本文總結了星形膠質細胞主要通過鈣信號、膠質遞質的釋放、與神經元的相互作用以及星形膠質細胞的可塑性等幾個方面在突觸可塑性中發揮重要作用。

三、鈣信號和膠質遞質的釋放

早期的研究表明，星形膠質細胞中的鈣信號通過誘導星形膠質細胞谷氨酸釋放來調節突觸可塑性，而谷氨酸釋放通過作用于突觸外的NMDA受體，導致微型突觸后電流(PSCs)頻率的NMDA受體依賴性增加。2004年有報道稱，星形膠質細胞釋放谷氨酸可在CA1區錐體神經元上誘發AMPA受體介導的自發性興奮性PSCs，從而調節突觸可塑性。此外，感覺或電刺激引起的體內膽堿能活性升高海馬星形膠質細胞中鈣離子的濃度，進而通過釋放谷氨酸誘導海馬CA3-CA1突觸LTP。

除了谷氨酸，星形膠質細胞在Ca2+升高后還釋放其他膠質遞質，zuitu出的是d -絲氨酸，NMDA受體的協同激動劑和ATP。已經證明，星形膠質細胞釋放d -絲氨酸控制鄰近興奮性突觸中nmdar依賴的可塑性。此外，突觸傳遞的LTP也依賴于星形膠質細胞釋放d -絲氨酸。

此外，星形膠質細胞釋放的ATP調節動物模型中的抑郁樣行為，很可能調節患者的臨床抑郁。此外，星形膠質細胞ATP釋放減少導致P2X2Rs對內側前額葉皮層(mPFC) gabaergy中間神經元的刺激減少，從而減少gabaergy抑制并提高興奮性。星形膠質細胞ATP的釋放在星形膠質細胞-神經元的相互通訊中無疑是重要的。

除了上面討論的典型膠質遞質外，乳酸也是一種重要的膠質遞質，尤其是對突觸后神經元。通過糖原分解，星形膠質細胞將糖原轉化為乳酸，并通過MCT1或MCT4轉運體釋放到突觸中。然后神經元就可以通過它們的MCT2轉運體吸收它們。乳酸是星形膠質細胞提供的一種額外的代謝能量形式，可促進神經元生長和調節突觸可塑性。

四、通過與神經元的相互作用影響突觸傳遞

除了通過釋放膠質遞質調節神經元活動外，星形膠質細胞還通過位于細胞外表面的星形膠質細胞受體與神經元相互作用，在突觸傳遞中發揮作用。例如，有人指出星形細胞對突觸的調節主要基于細胞內Ca2+依賴性過程以及受體激活的結果，特別是I組代謝型谷氨酸能受體(mGluRs)。其中，5亞型受體(mGluR5)是在星形細胞過程中感知谷氨酸突觸釋放的主要受體，而不是神經元上低親和力且快速脫敏的AMPAR。星形膠質細胞在基礎突觸傳遞過程中通過mGluR5激活后，通過突觸前腺苷A2A受體激活提高CA1錐體細胞的傳遞效率，提示其直接參與神經元對突觸傳遞的調節。

P2X和P2Y受體是與ATP結合的特異性受體，在神經元和星形細胞細胞膜上均有表達。星形膠質細胞中表達的P2YRs參與維持神經功能和星形膠質細胞-神經元通訊。P2Y1Rs的刺激會減弱PFC中星形細胞的NMDAR電流，但ATP激活P2Y4Rs會釋放星形細胞中的泡狀谷氨酸，從而促進NMDAR電流的產生。此外，星形膠質細胞P2X7R被ATP激活后，會釋放谷氨酸、γ -氨基丁酸(GABA)等其他膠質遞質，刺激鄰近神經元，調節神經元功能。

此外，在突觸中表達的一個名為ephrinb和Eph受體的跨膜蛋白家族曾被認為調節突觸的傳遞和可塑性。它們除了存在于海馬體CA1神經元上外，還被確定在海馬體星形膠質細胞上表達，調節d -絲氨酸的合成和釋放。此外，研究發現星形膠質細胞通過EphA4的配體EphrinA3與EphA4相互作用來調節LTP，從而與神經元進行交流。同時，谷氨酸轉運蛋白1 (GLT-1/EAAT2)在LTP后期負責調節細胞外谷氨酸的濃度。EphrinA3和EphA4之間的相互作用也參與GLT-1水平的降低，使正常的突觸發生。顯然，突觸后神經元LTP的誘導需要星形膠質細胞的參與。圖1顯示了記憶形成過程中突觸后神經元-星形膠質細胞通訊的整合模型。

此外，星形膠質細胞也通過其受體在中毒的記憶破壞作用中發揮作用。星形膠質細胞-神經元相互作用的一個典型例子是，體內暴露大ma素激活星形膠質細胞1型大ma素受體(CB1R)誘導谷氨酸釋放，進而激活NMDAR，在CA3-CA1突觸觸發AMPAR內化。這些事件最終導致這些突觸產生LTD，改變海馬體回路的功能，可能無法處理空間工作記憶(SWM)。值得一提的是，該病例涉及的關鍵機制在很大程度上取決于星形細胞CB1R的功能，而不是神經元CB1R，這揭示了星形細胞在學習和記憶過程中的關鍵作用的新的機制觀點。

五、星形可塑性

星形膠質細胞本身具有延展性，也表現出可塑性，特別是在激活狀態下。在嚙齒動物的新皮層突觸結構中，30- 60%是星形膠質細胞和神經元之間形成的三方結構。在海馬和體感覺皮層IV區，60- 90%的棘突被星形膠質細胞突起包裹。星形細胞可塑性通過細胞過程遷移影響突觸形成來控制母乳喂養的潛力是其gong認的例子之一。此外，將人類星形膠質細胞嵌合到小鼠大腦中創造的“超級小鼠"顯著增強了它們的突觸可塑性，以及快速學習和記憶能力。因此星形細胞的可塑性直接影響突觸的可塑性。

為了更好地理解關于星形膠質細胞的不同觀點及其與可塑性的關系，我們將與可塑性相關的分子歸納為表1中的三類:星形膠質細胞可塑性(Astroplasticity)、三邊結構星形膠質細胞可塑性(Perisynaptic Astroplasticity)和神經元可塑性(Neuroplasticity)。

六、結論

星形膠質細胞通過調節突觸和非突觸可塑性(星形膠質細胞可塑性)，并通過信號交換與神經元協同工作，在完成大腦神經活動中起著至關重要的作用。關于星形膠質細胞及其在可塑性中的作用的綜合研究仍在進行中，即將到來的結果將為我們從多個角度更好地理解大腦高級功能的機制提供機會。