从“配角”到大脑中的活跃计算单元！Cell ：星形胶质细胞能够同时整合来自多个神经元的信号

一项法国与瑞士的合作研究揭示了星形胶质细胞在大脑信息处理中一个此前未知的作用。这项发表在《细胞》杂志上的研究表明，这些胶质细胞能够同时整合来自多个神经元的信号——这是我们理解大脑方式的一个概念性转变。

大脑并非仅靠神经元运作。实际上，构成大脑的细胞中近一半是胶质细胞，其中星形胶质细胞占据特殊位置。其名称源于其星形骨架，但其外部形态更让人联想到某些星云，具有不规则、丝状的轮廓，使它们能够嵌入神经元、血管和其他细胞之间最微小的缝隙中。因此，它们与突触（神经元之间的通讯枢纽）紧密接触。

自20世纪90年代以来，神经科学家便推测星形胶质细胞通过使用钙作为信使分子，积极参与信息传递。这种小的化学成分能触发细胞内的级联反应，包括释放可调节突触活动的分子递质。这些信号的发生离不开一个称为内质网（ER）的内部结构：它储存钙并在特定条件下释放。

尽管有众多假说，但这些钙信号的确切作用，尤其是在星形胶质细胞与突触直接接触的极微小区域中的作用，一直不清楚，因为其尺寸微小导致观察特别困难。一个由洛桑大学（Unil）、日内瓦大学（UNIGE）、法国国家健康与医学研究院（Inserm）、格勒诺布尔-阿尔卑斯大学（格勒诺布尔神经科学研究所，GIN）以及维斯生物与神经工程中心组成的研究团队刚刚填补了这一空白。

超越单一突触

迄今为止，星形胶质细胞被认为在神经元突触的边缘发挥作用。所谓的"三方突触模型"赋予它们一个辅助角色：调节两个神经元之间的活动。但当前研究揭示了一个更为核心的作用：星形胶质细胞并非仅仅与单个突触互动——它们同时协调来自不同神经元的多个突触输入，实现了信息在空间和时间上的新层次整合。

研究揭示，星形胶质细胞膜上被称为"小叶"的特定延伸结构包裹着突触，内含内质网，并通过称为"缝隙连接"的隧道相互连接，形成一个单一的功能域。在每个这样的功能域中，每当邻近的突触活跃时，就会释放少量钙离子。因此，一个小叶可以整合来自周围不同神经元的信号。随后，这些功能域会释放更大量的钙离子，反映所接收的各种神经元信号的整合情况。这些钙离子进而促进因子的释放，这些因子可以调节被包裹在小叶内的突触之间的通讯。

因此，科学家们认为星形胶质细胞远非简单的中继站，而是大脑中活跃的计算单元。"我们首次证明，星形胶质细胞不仅限于对单个突触作出反应，而是能够整合整个神经回路传来的信号。这为这些胶质细胞执行新的认知功能打开了大门，"洛桑大学基础神经科学系的Andrea Volterra解释道，他是生物与医学学院的名誉教授，也是该研究的共同负责人。

探索大脑的每个角落

为了观察这些前所未有的相互作用，该团队结合了两种尖端技术：纳米级分辨率体积电子显微镜（作为比较，一米包含十亿纳米，这相当于一根头发与埃菲尔铁塔的大小比例）和一种光学显微镜技术。

"我们专门为这项研究开发了它，以便能够可视化极小微体积中的钙变化，"日内瓦大学的工程师、该研究的合著者Nicolas Liaudet说。这种方法使得在精确环境中可视化小叶成为可能，并能同时评估其组成、连接性和动态作用。

"我们的方法协同是实现这一新理解水平的关键，"格勒诺布尔神经科学研究所电子显微镜平台主任、研究工程师、该研究的共同负责人Karin Pernet-Gallay说。

这些尺寸小于250纳米的小叶，起源于星形胶质细胞的胞体或其主要延伸部分，不含线粒体，但拥有内质网（ER）的碎片和能够产生钙信号的分子机制。它们足够靠近突触以响应其信号，并且彼此互联以协调更广泛的反应。

通过基因敲除星形胶质细胞中实现钙信号传导的部分分子机制，研究人员能够证明，微小的钙信号源于小叶本身，是突触活动的结果。

Volterra解释说，小叶在某种程度上是"生化控制塔，独立于星形胶质细胞的其余部分。它们似乎在那里监测和协调每个突触轨迹中传递的信息，依据一个更高层次的计划。"

有待探索的认知与临床功能

研究结果表明，星形胶质细胞的活动与突触中的神经元信号相关，而且当多个神经元同时活跃时，其活动会被放大。这种整合能力可能使星形胶质细胞成为大脑活动的大规模控制器，而不仅仅是单个突触层面的局部调节器。

这些发现为了解更高层次的大脑功能（如记忆、情绪、意识和决策）提供了新途径。它们也可能解释在脑病理学中观察到的某些功能障碍。"很可能星形胶质细胞根据病理背景扮演保护性或加重病情的角色。我们现在将研究它们在记忆和神经认知退化（如阿尔茨海默病）中的参与情况，"Volterra总结道。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Lucas Benoit et al, Astrocytes functionally integrate multiple synapses via specialized leaflet domains, Cell (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2025.08.036.