Science：新研究揭示星形胶质细胞调节神经递质响应和神经元活动的门控机制

在一项新的研究中，来自俄勒冈健康与科学大学的研究人员发现，大脑中一种经常被忽视的细胞在我们处理信息的能力中发挥着动态的、令人惊讶的复杂作用。他们的研究提供了直接证据，证明在果蝇的活体大脑中，这种称为星形胶质细胞（astrocytes）的细胞能实时发挥作用。星形胶质细胞约占人脑所有细胞的35%，似乎是一个协调大脑功能的复杂网络的关键部分。相关研究结果发表在Science杂志上。

论文通讯作者、俄勒冈健康与科学大学沃勒姆研究所所长Marc Freeman博士说，“我们希望这能从根本上改变该领域对星形胶质细胞及其在调解神经生理学和行为方面作用的看法。从长远来看，它应该会改变人们对开发调节注意力、焦虑和情绪的疗法的看法。”

这一发现在啮齿类动物的星形胶质细胞中得到了重现，表明这是一种古老的进化特征，很可能在包括人类在内的其他哺乳动物中得到保留。

论文第一作者、Freeman实验室博士后科学家Kevin Guttenplan博士说，“我认为这在进化上与生存有关。如果一只老虎在你身后，你就需要迅速改变整个大脑区域的思维方式--这时候你要把脑子里的其他东西都抛开，把大脑完全集中在逃跑上。现在不是考虑其他事情的时候。”

基于之前的发现

星形胶质细胞曾一度被认为只起到辅助作用，为神经元提供食物和清除废物，而神经元通过传递信号形成大脑 “硬接线 ”，使我们能够思考、行动和感觉。

2016 年，Freeman 及其合作者首次记录到星形胶质细胞也能在神经元之间传递信号。在这一发现的基础上，研究人员展示了揭示这些细胞如何传递信号的一些具体机制。原来，星形胶质细胞可以开启或关闭对大脑中多巴胺和谷氨酸等化学神经递质做出反应的能力，这是一种高度复杂的相互作用。

Guttenplan说，“星形胶质细胞非常大，一个细胞可以有10万个突触，能够向其他细胞发送信号。这种机制允许它们选择聆听哪些神经元。能够关闭其中的一些回路，就能让星形胶质细胞对大脑中每时每刻发生的嘈杂活动有所了解。”

研究人员发现，通过操纵星形胶质细胞内的这种门控通路，他们能够扰乱果蝇的行为--这凸显了一个事实，即这些微小的变化能够产生强大的影响。

星形胶质细胞可能是关键

神经科学家先前认为星形胶质细胞在大脑生理学中扮演的角色要被动得多。美国国家神经疾病与中风研究所项目主任Miriam Leenders博士说，“这项研究显示了星形胶质细胞在神经元活动和行为中的重要性。它还展示了在果蝇等模型系统中进行的基础神经科学研究如何为大脑生理学提供关键性的新见解。”

这项新研究揭示，星形胶质细胞可以直接响应来自各种类型神经元的信息。这样，它们就在驱动认知和控制身体行为的复杂神经元信号网络中发挥了作用。此外，他们还发现这些响应会随着大脑状态发生动态变化，从而使星形胶质细胞能够协调复杂的神经元网络，使大脑能够专注于手头的任务。

暴露于去甲肾上腺素类似物——酪胺（tyramine），使星形胶质细胞突然对一系列它们通常没有反应的神经递质产生强有力的反应。Guttenplan说，“这些细胞‘确实’在积极控制神经元的活动，而且非常有力。”

不过，科学家们提醒说，这一发现使科学界对大脑功能的理解变得更加复杂。想象一下，一个星形胶质细胞上有成千上万个突触，这些突触的门控机制可能会被周围的无数线索交替激活或抑制。更何况整个人脑中有数百万个星形胶质细胞。Guttenplan说，“这太复杂了。”

与此同时，研究人员发现越来越多的证据表明，包括星形胶质细胞在内的神经胶质细胞在脑损伤和神经退行性疾病（如阿尔茨海默病和帕金森病）中发挥着作用。提高对这些细胞功能的科学认识有助于预防疾病或开发治疗方法。

Guttenplan说，“在某些情况下，注意力和专注力会受到干扰。星形胶质细胞可能是关键所在。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Kevin A. Guttenplan et al, GPCR signaling gates astrocyte responsiveness to neurotransmitters and control of neuronal activity, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adq5729.