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重磅级文章解读近期神经胶质细胞领域研究成果

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来源:本站原创 2018-02-25 18:08

神经胶质细胞广泛分布于中枢神经系统内,其是除了神经元以外的所有细胞,主要包括星形胶质细胞、少突胶质细胞和小胶质细胞等细胞,近年来,科学家们在神经胶质细胞领域的研究取得了众多研究成果,比如有研究人员就发现,星型胶质细胞或可诱发脊髓侧索硬化症和阿尔兹海默病的发生,那么近年来还有哪些和神经胶质细胞相关的重要研究呢?本文中,小编对相关研究进行了整理,分享给大家!【1】Nat Commu:打破教科书!星形胶

神经胶质细胞广泛分布于中枢神经系统内,其是除了神经元以外的所有细胞,主要包括星形胶质细胞、少突胶质细胞和小胶质细胞等细胞,近年来,科学家们在神经胶质细胞领域的研究取得了众多研究成果,比如有研究人员就发现,星型胶质细胞或可诱发脊髓侧索硬化症和阿尔兹海默病的发生,那么近年来还有哪些和神经胶质细胞相关的重要研究呢?本文中,小编对相关研究进行了整理,分享给大家!

【1】Nat Commu:打破教科书!星形胶质细胞帮助大脑调节呼吸节律!

doi:10.1038/s41467-017-02723-6

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。

“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preB?tzinger 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。

【2】Science:重大突破!揭示神经胶质细胞在神经发育中的作用

doi:10.1126/science.aal3589

在两到四岁时,人类大脑估计有一千万亿个突触---神经元之间的电连接。随着我们年龄的增长,修剪掉没有关联的突触就能够让现有的突触更有效地运行,这种修剪与形成新的细胞连接一样重要。突触形成和突触移除之间的不平衡与发育性精神障碍(包括孤独症和精神分裂症)有关。

神经胶质细胞,如星形胶质细胞和小胶质细胞,通常被认为是大脑的支持细胞,但新出现的证据提示着它们在突触形成和修剪中起着重要的作用。神经胶质细胞也在大脑的免疫系统中起作用,而且免疫信号通过位于这些细胞表面上的受体与大脑进行沟通。美国加州大学旧金山分校精神病学助理教授Anna Molofsky博士和实验室医学助理教授Ari Molofsky博士正在研究在正常情形下,这两个过程在大脑发育过程中如何发生,以便希望确定平衡的微妙变化如何导致神经发育障碍。

在一项新的研究中,由Anna Molofsky和Ari Molofsky领导的一个研究团队证实一种被称作白细胞介素33(IL-33)的免疫信号在允许大脑在中枢神经系统(CNS)发育期间维持最佳的突触数量方面起着至关重要的作用。相关研究结果于2018年2月1日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Astrocyte-derived interleukin-33 promotes microglial synapse engulfment and neural circuit development”。

【3】Nat Med Eng:胶质细胞是大脑治疗成功的关键

doi:10.1038/s41551-017-0154-1

利用植入设备能够向神经系统释放电信号刺激,从而起到调节大脑异常活动的目的,目前我们一致认为神经元是大脑中唯一需要受刺激的细胞类型,而根据最近发表在《Nature Biomedical Engineering》杂志上的一篇文章,对神经元周围的一些支持性的胶质细胞进行刺激同样重要。

“胶质细胞是中枢神经系统中最丰富的一类细胞”该研究的作者Kozai教授说道:“胶质细胞最重要的功能是结痂以保护中枢神经细胞的损伤以及退化现象的扩散。然而,它们对大脑功能的影响目前仍旧未知”。

这项研究结果表明胶质细胞比以往认为的功能更加丰富。“除了提供生长因子、提供绝缘保护、保护神经元不受损伤、回收废物之外,胶质细胞还能够够保证大脑活性处于最佳状态”,作者说道。

胶质细胞电信号十分缓慢且微弱,因此相比神经元更加难以检测。利用先进的技术,作者等人能够检测到胶质细胞微弱的互动,这些发现将有助于利用植入设备治疗神经退行性疾病。

【4】Nature:神经连接蛋白控制星形胶质细胞形状和突触发生

doi:10.1038/nature24638

星形胶质细胞(astrocyte)存在的时间几乎和大脑一样长。即便是一些简单的无脊椎动物,如秀丽隐杆线虫,也有原始的星形胶质细胞包围着它们的神经突触。当我们的大脑进化成复杂的计算机器时,星形胶质细胞的结构也变得更加复杂。

但是星形胶质细胞的复杂性依赖于它们的神经元伙伴。当在培养皿中一起培养星形胶质细胞和神经元时,这些星形胶质细胞将形成复杂的星形结构。当单独培养星形胶质细胞或者将它们与其他类型的细胞一起培养时,它们变得矮小。

为了发现神经元如何影响星形胶质细胞的形状,美国杜克大学细胞生物学与神经生物学副教授Cagla Eroglu及其团队将星形胶质细胞和神经元放在一起培养,同时调整神经元的细胞信号转导机制。他们吃惊地发现即便他们直接杀死这些神经元,但保留它们作为支架的结构,这些星形胶质细胞仍然完美地在它们上面形成复杂的星形结构。

Eroglu实验室博士研究生Jeff Stogsdill说,“无论神经元是死还是活,这都不重要:星形胶质细胞与神经元之间的接触允许这些星形胶质细胞形成复杂的结构。这告诉我们这两种细胞表面之间的相互作用调节着这种过程。”

【5】Science:发现神经胶质细胞在大脑发育中起着重要作用

doi:10.1126/science.aan3174     doi:10.1126/science.aao2991

在一项新的研究中,来自美国纽约大学的研究人员发现大脑发育的一个意料之外的来源。这一发现为构建神经系统提供新的认识。他们证实神经胶质细胞(glia),即一类长期以来被认为是支持细胞的非神经元细胞,实际上在大脑的神经细胞发育中发挥着至关重要的作用。相关研究结果发表在2017年9月1日的Science期刊上,论文标题为“Glia relay differentiation cues to coordinate neuronal development in Drosophila”。

纽约大学生物学系博士后研究员Vilaiwan Fernandes解释道,“这些结果导致我们将大脑发育的神经中心观点修正为诸如神经胶质细胞之类的非神经元细胞也在其中发挥作用。确实,我们的结果发现关于神经细胞产生的时间选择、身份和协调的基本问题仅当将神经胶质细胞的作用考虑在内时才能够得到理解。”

大脑是由两种广泛的细胞类型---神经细胞(或者说神经元)和神经胶质细胞---组成。神经胶质细胞是非神经细胞,占大脑容量的一半以上。神经生物学家们往往着重关注神经元,这是因为它们是形成加工信息的神经网络。

【6】Cell:揭示小胶质细胞能量短缺为何会增加阿尔茨海默病风险

doi:10.1016/j.cell.2017.07.023

携带TREM2基因特定突变的人要比携带这个基因更加常见的突变的那些人有三倍以上的可能性患上阿尔茨海默病。但是在此之前,科学家们并不能够解释这种关联性。

如今,在一项新的研究中,来自美国华盛顿大学圣路易斯医学院的研究人员在小鼠中证实TREM2基因发生高风险突变会导致清除大脑中碎片的免疫细胞(即小胶质细胞)缺乏能量。当这些免疫细胞在缺乏能量下工作时,它们不能够阻止神经元产生有害的斑块。当人们变老时,这些斑块往往在大脑中聚集。这些发现提示着给大脑中的清理大军(即小胶质细胞群体)提供能量可能会降低神经损伤和预先阻止阿尔茨海默病患者经历的记忆丧失和意识混乱。相关研究结果发表在2017年8月10日的Cell期刊上,论文标题为“TREM2 Maintains Microglial Metabolic Fitness in Alzheimer’s Disease”。论文通信作者为华盛顿大学圣路易斯医学院病理学系教授Marco Colonna博士。

β淀粉样蛋白(Aβ)是神经元在发挥正常功能时作出一种副产物释放出来的一种粘性蛋白。如果能够快速地清除这种蛋白的话,那么它是无害的,但是当它开始形成斑块时,它能够让附近的神经元遭受损伤。

【7】帕金森病治疗重大突破!星形胶质细胞重编程变身多巴胺神经元

doi:10.1038/nbt.3835

瑞典卡罗林斯卡学院的研究人员近日在寻找帕金森病疗法方面取得了重大进展。通过操控大脑中的非神经元细胞——星形胶质细胞的基因表达,研究人员能够诱导产生新的多巴胺神经元。该研究在小鼠和人类细胞中进行,发表在著名的科学期刊Nature Biotechnology上。

帕金森病(Parkinson’s disease,PD)是一种常见的神经退行性疾病。帕金森病多发于中老年群体,已成为继“心脑血管疾病”和“老年痴呆症”之后,严重威胁老年人身心健康的第三大杀手。目前,全球已诊断出超过500万的帕金森患者。黑质纹状体多巴胺能神经元死亡,多巴胺(DA)分泌减少是帕金森病的一个重要病理特征之一。

至今科学家们仍然不明确多巴胺能神经元死亡的具体原因,但是这些神经元的死亡会导致患者出现无法控制的震颤,行走及活动困难等症状。目前,绝大多数患者都以药物治疗为主,通过药物直接调节神经递质水平。显而易见,这种方法治标不治本。

科学家们一直在寻找通过将“新的多巴胺神经元”注射到大脑中代替损伤多巴胺神经元的方法。不过,这项新研究采取了另一种途径,无需进行细胞移植——而是利用几种转录因子重编程大脑中的星形胶质细胞,并诱导它们转化为多巴胺能神经元(induced dopamine neurons,iDAN)。

【8】Stem Cell Reports:科学家利用小分子化合物将成人星形胶质细胞转变为神经细胞

doi:10.1016/j.stemcr.2017.01.014

2月16日,《干细胞报道》(Stem Cell Reports)在线发表了中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所裴钢研究组的研究论文 Direct Generation of Human Neuronal Cells from Adult Astrocytes by Small Molecules,报道了利用小分子化合物组合实现将成人星形胶质细胞直接转变为神经细胞的研究成果。

星形胶质细胞是大脑内存在的数量最多的细胞类型,与神经元具有相同的祖细胞,在大脑受到损伤时能够增殖,因此它被认为是再生神经元理想的起始细胞。之前的研究已经证明外源性过表达特定的转录因子(例如 NeuroD1,Sox2 等)能够将星形胶质细胞在体外以及体内转变为神经细胞,但这些外源基因的表达都借助于整合型的病毒载体,具有很大的局限性。近年来,利用可渗透细胞、生物学效果可逆可微调的小分子化合物替代外源转录因子实现细胞命运的转变越来越受到关注和应用。之前该组已成功地利用特定的小分子化合物组合将小鼠成纤维细胞转变为神经祖细胞、将人的成纤维细胞和小鼠的星形胶质细胞转变为神经细胞。

【9】Nat Biotechnol:将人星形胶质细胞重编程为多巴胺能神经元,有助治疗帕金森病

doi:10.1038/nbt.3835

帕金森病是一种主要影响运动系统的神经退行性疾病。它的特征在于大脑中的多巴胺能神经元(dopaminergic neuron)渐进性丧失。尽管当前的疗法旨在补充多巴胺水平,但是没有一种疗法能够恢复这些丢失的细胞。如今,在一项新的研究中,来自瑞典、奥地利、西班牙和美国的研究人员开发出一种方法:将神经胶质细胞(glial cell)转化为活性的多巴胺能神经元,并且所产生的多巴胺能神经元能够部分恢复帕金森病模式小鼠的运动功能。这项概念验证研究可能为开发出一种治疗这种疾病的新方法铺平道路。相关研究结果于2017年4月10日在线发表在Nature Biotechnology期刊上,论文标题为“Induction of functional dopamine neurons from human astrocytes in vitro and mouse astrocytes in a Parkinson's disease model”。

论文通信作者、瑞典卡罗林斯卡研究所分子神经生物学家Ernest Arenas说,“在帕金森病中,多巴胺能神经元死亡,但是与此同时,由于炎症,一些神经胶质细胞变得活跃,并且增殖。因此,我们认为一种有趣的技术很可能是将这些神经胶质细胞重编程为这种疾病中丢失的细胞。”

Arenas和同事们首先在体外利用含有三种参与神经元身份和生长的转录因子、一种多巴胺能神经元特异性的微RNA(microRNA, miRNA)和几种促进染色质重塑和协助大脑发育的小分子的病毒感染人星形胶质细胞(一种在大脑中大量存在的神经胶质细胞),测试了这种技术。

【10】Cell子刊:不是神经元,而是胶质细胞最受大脑衰老的影响

doi:10.1016/j.celrep.2016.12.011

老年大脑和年轻大脑之间的差异并不在于如此多的神经元数量,而在于被称作胶质细胞(glia)的支持细胞的存在和功能。在一项新的研究中,研究人员研究了年龄在16~106岁的480个人的死后大脑样品,结果发现一个人的胶质细胞的状态在多年内如此保持一致性以至于它能够被用来预测其年龄。这项研究为更好地理解胶质细胞在晚年的大脑疾病中所起的作用奠定基础。相关研究结果发表在2017年1月10日那期Cell Reports期刊上,论文标题为“Major Shifts in Glial Regional Identity Are a Transcriptional Hallmark of Human Brain Aging”。

论文共同通信作者、英国伦敦大学学院神经生物学家Jernej Ule说,“我们广泛地描述了10个人类大脑区域的年龄相关的基因表达变化,事实上,胶质细胞要比神经元经历更大的变化。存在相当多的大脑区域信息。这些信息将会吸引不同人的关注,比如一些人将会注意到黑质中发生的非常独特的星形胶质细胞特异性的基因表达变化模式。我们提供大量仍然需要分析的数据。”另一名论文共同通信作者是Ule的部门同事Rickie Patani。论文第一作者是Lilach Soreq。(生物谷Bioon.com)

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