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Nat Commu:打破教科书!星形胶质细胞帮助大脑调节呼吸节律!

来源:本站原创 2018-02-09 07:47

2018年2月9日讯 /生物谷BIOON /——传统来讲,科学家们认为星形胶质细胞是安静稳定的,默默地支持着它们周围话多的线状神经元。但是现在一项NIH的研究表明星形胶质细胞也可能具有它们的话语权。该研究表明沉默大鼠大脑呼吸中心的星形胶质细胞会导致大鼠呼吸频率下降,在跑步机上比正常小鼠更快疲惫。这仅仅是操纵星形胶质细胞与周围细胞交流方式导致呼吸改变的两个案例。


图片来源:Jeffrey C. Smith lab, NIH/NINDS

“数十年来我们都认为呼吸由大脑神经元控制,但是我们的结果表明星形胶质细胞帮助控制着呼吸节律。”NIH神经紊乱和中风国立研究所资深研究人员Jeffrey C. Smith博士说道,他也是这篇发表在《Nature Communications》的研究的通讯作者。“这些结果表明我们应该改变对星形胶质细胞以及大脑工作模式的看法。”

Smith博士实验室一直在探索大脑呼吸中心preBötzinger complex中的神经元如何控制呼吸。在这项研究中,他的团队与伦敦大学学院的Alexander Gourine教授课题组合作完成,而Gourine教授课题组发现大脑中的星形胶质细胞也许通过感知血液中的二氧化碳水平来调节呼吸。

大脑至少有一半由胶质细胞组成,其中大部分是星形胶质细胞。最近科学家发现星形胶质细胞也许和神经元一样释放神经递质与周围细胞交流。

在这项新研究中,科学家们检测了呼吸中心的星形胶质细胞的作用,他们通过基因工程改变了preBötzinger complex中星形胶质细胞释放神经递质的能力。当他们通过减少神经递质释放沉默大鼠的星形胶质细胞时,大鼠呼吸节律变慢。相反,如果增加星形胶质细胞释放神经递质的速度,呼吸节律则会变快。

研究团队还检测了沉默星形胶质细胞如何影响大鼠对氧气和二氧化碳水平变化的反应。尽管氧含量低或者二氧化碳含量高时,大鼠呼吸速度增加,但是仍然慢于正常速度。沉默星形胶质细胞也会降低大鼠在低氧情况下叹气的速度。此外,大鼠会更快疲惫。它们在跑步机上跑的距离只有正常大鼠跑的距离的一半。

“呼吸的主要目的是交换对生命至关重要的二氧化碳和氧气。我们的结果表明星形胶质细胞可以帮助大脑将这些气体变化的信息转变为呼吸速度的变化。” 该研究首席作者Shahriar Sheikhbahaei博士说道。

最后,研究团队发现这些星形胶质细胞使用ATP与大脑中其他细胞交流。降低ATP释放速度可以降低静息呼吸速度。

“我们的结果加深了我们对大脑在正常和疾病情况下控制呼吸的了解。”Smith说道。“我们计划沿着这条信息继续深入研究星形胶质细胞如何控制呼吸的其他方面。”(生物谷Bioon.com)

参考资料:

Shahriar Sheikhbahaei et al, Astrocytes modulate brainstem respiratory rhythm-generating circuits and determine exercise capacity, Nature Communications (2018). DOI: 10.1038/s41467-017-02723-6

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