神经回路通过经验得到精炼,在较年轻年龄具有更高的可塑性。非神经元脑细胞(即星形胶质细胞)过去被视为被动支持细胞,但近期研究表明它们在塑造脑回路中扮演重要角色。星形胶质细胞如何随年龄维持不同的可塑性水平,以及它们是否稳定成年期感觉回路的特性,一直不明确。
在《自然》杂志发表的新研究《星形胶质细胞CCN1稳定成年大脑中的神经回路》中,索尔克研究所研究人员确定星形胶质细胞分泌的蛋白CCN1是成年期稳定脑回路的关键,为阿尔茨海默病、抑郁症或创伤后应激障碍(PTSD)等神经系统疾病提供了新的治疗靶点。
“本研究确立了星形胶质细胞在主动稳定神经元回路连接中的关键作用,”索尔克研究所NOMIS基金会资助的神经免疫学计划联合主任、通讯作者尼古拉·艾伦博士表示,“我们的发现展示了成年大脑中感觉回路的稳定性是如何被主动维持的。CCN1作为神经可塑性的关键调节因子的发现,可指导脑损伤和中风的新疗法开发——这些疾病已与CCN1表达上调相关。”
哺乳动物感觉回路通常在较年轻年龄具有更高可塑性(此为回路精炼期),而成年期则稳定性增强、可塑性降低。虽然成年期稳定性对维持功能性神经元连接至关重要,但回路可塑性的窗口可通过酶消化细胞外基质或移植幼年抑制性神经元/星形胶质细胞重新开启。
为探究星形胶质细胞在可塑性与回路稳定性中的作用,研究团队聚焦小鼠视觉皮层。结合转录组学方法与离体电生理学和活体成像技术,结果显示:CCN1表达增加会促进抑制性神经元和少突胶质细胞的细胞成熟,从而抑制回路的神经可塑性;相反,在成年期敲除星形胶质细胞CCN1会导致双眼回路失稳并减少髓鞘形成。
调控CCN1水平可能实现对可塑性的控制,以恢复或重建损伤/创伤后丢失的回路。CCN1已知可结合多种细胞类型的细胞外成分(包括兴奋性和抑制性神经元、少突胶质细胞及小胶质细胞),通过与细胞表面重要整合素蛋白结合,CCN1能协调多种细胞类型的成熟进程,从而降低成年大脑的可塑性。
“维持稳定回路对大脑正常功能至关重要,但这也导致神经可塑性和重塑在成年大脑中被抑制,”艾伦实验室博士后研究员、第一作者劳拉·桑乔博士指出,“我们旨在探究星形胶质细胞是否及如何参与这一关键维护过程,研究证实它们实际上是不可或缺的。”
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