Science：探究髓鞘在神经系统中的功能作用

2021年11月19日讯/生物谷BIOON/---由少突胶质细胞产生的髓鞘（myelin）支持信息在整个中枢神经系统（CNS）的快速和同步传输。早期观点认为髓鞘是惰性和不可改变的，但是后来发现髓鞘在整个生命周期随着经验或新技能的获得，这一观点而发生改变，这表明髓鞘适应神经回路---比如那些构成学习和基础的神经回路---的功能。在一篇新的综述论文中，来自英国剑桥大学的研究人员讨论了髓鞘变化的功能影响，利用以前对髓鞘可塑性机制的回顾，评估这种变化如何与构成学习和记忆基础的回路功能相联系。这篇论文发表在2021年11月12日的Science期刊上，论文标题为“Myelin: A gatekeeper of activity-dependent circuit plasticity?”。

在中枢神经系统中，仍有相当一部分无髓鞘或部分有髓鞘的轴突，这些轴突在一生中可能会变得有髓鞘。这为活动依赖的结构可塑性提供了一个动态范围，通过这种可塑性，新产生的少突胶质细胞使这些轴突和轴突段脱髓鞘，或现有的少突胶质细胞因神经元活动而改变髓鞘节间（myelin internode）。神经元活动似乎促进了均匀分布在整个成体大脑中的少突胶质前体细胞（oligodendrocyte precursor cell, OPC）分化成新的有髓鞘少突胶质细胞，并改变现有髓鞘的节间长度和厚度，以及增加少突胶质细胞通过髓鞘释放乳酸以促进传导。计算模型表明，神经元活动依赖的髓鞘改变可以促进神经相位的同步化，而这是学习和记忆所需要的。因此，髓鞘的可塑性代表了一种机制，通过这种机制，经验和相关的学习可能会改变大脑连接，大概是通过改变神经元信号传输的时间来塑造神经回路的计算。

为数不多的直接研究髓鞘可塑性在学习和记忆中的作用的研究提供了证据，证明以髓鞘从头形成形式呈现的大脑可塑性可能在信息的编码（学习）和储存（记忆）中起作用。这些研究共同揭示了OPC的增殖是快速的，几乎是立即的，在行为任务的训练开始后，驱动变化的速度与结构突触可塑性的速度相似。然而，新的少突胶质细胞和新的髓鞘直到几天或几周后才会出现。这些动态变化似乎并不普遍，也不遵循持续的构成性髓鞘化程序。相反，它们在大脑区域和时间上是不同的，而且是根据任务的不同而不同，任务的执行依赖于不同的和/或相互作用的记忆过程，包括依赖前额叶皮层的短期/工作记忆，依赖海马体的空间记忆，依赖背侧纹状体的程序性记忆，或依赖杏仁核的巴甫洛夫式和情感记忆。因此，尽管少突胶质细胞的增殖似乎与被招募到任务中的神经基质及其功能没有特异性，但髓鞘形成的模式确实依赖于记忆系统。

髓磷脂的可塑性是学习和记忆的基础。图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.aba6905。

OPC分化的功能作用，因为这些细胞在学习和记忆形成的不同时期形成新的少突胶质细胞，可以在使用可诱导的OPC特异性Cre品系的转基因小鼠模型中进行因果分析，在这种品系中，可从基因上剔除这一过程所需的转录因子。阻止OPC分化成新的有髓鞘少突胶质细胞会影响一系列行为任务的记忆，包括前额叶皮层和海马体依赖的空间导航（在莫里斯水迷宫中）、背景恐惧调节和运动皮层/背纹状体依赖的技能学习。尽管研究设计不同，无法进行直接比较，但是总的来说，这些研究的结果集中在一个总体的画面上：阻断OPC分化后出现缺陷的时间似乎与多个大脑区域在功能上协调介导记忆的长期储存的时间相吻合。

多种研究表明，抑制成体少突胶质细胞的形成会不同程度地损害整个记忆/神经系统的记忆。总体而言，这些研究支持这样的结论：髓鞘的可塑性可以支持整个系统的记忆巩固，这是长期记忆的一种机制。再加上有证据表明，发育过程中的髓鞘功能障碍或髓鞘的改变会损害学习和适应行为，这些数据表明，在整个生命周期中，即使髓鞘的微小变化也会对参与认知和行为的回路和系统层面上的机制产生影响。髓鞘的功能可能比以前假设的更广泛：功能失调或适应不良的髓鞘形成可能会导致神经退行性疾病和神经精神疾病，这些疾病迄今被认为具有神经元基础。对髓鞘可塑性的功能作用的更深入了解可能会开启其他的治疗方法。总的来说，这需要进一步研究髓鞘可塑性的功能作用。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Giulia Bonetto et al. Myelin: A gatekeeper of activity-dependent circuit plasticity?. Science, 2021, doi:10.1126/science.aba6905.