大脑的园丁:免疫细胞“修剪”神经元之间的连接

今天发表在杂志上的一项新研究自然通讯这表明，通常与保护大脑免受感染和损伤有关的细胞在重新连接神经细胞之间的连接方面也发挥着重要作用。虽然这一发现为神经可塑性的机制提供了新的解释，但它也有助于解释自闭症谱系障碍、精神分裂症和痴呆等疾病，这些疾病可能是在神经可塑性过程中断、脑细胞之间的连接没有正确形成或移除时出现的。

“我们早就考虑过重组大脑的连接网络，认为这只是…的领域神经元罗切斯特大学医学中心(URMC)神经科学系副教授、该研究的资深作者Ania Majewska博士说。“这些发现表明，一个精确编排的互动在多个细胞类型是形成和破坏连接的必要条件，这使得大脑中正常的信号传递得以实现。”

这项研究是科学家们对免疫系统，特别是被称为小胶质细胞的细胞，在维持大脑功能方面所起作用的理解发生重大转变的又一个例子。小胶质细胞一直被认为是中枢神经系统的哨兵，在大脑和脊髓中巡逻，并迅速行动起来消灭感染或吞噬死亡的细胞组织。然而，科学家们现在开始意识到，除了作为大脑的第一道防线，这些细胞也有滋养的一面，特别是当它与神经元之间的连接有关时。

神经元之间物理连接的形成和消除是保持大脑健康的关键部分，而在脑细胞之间创建新路径和网络的过程使我们能够吸收、学习和记忆新信息。

“大脑的连接网络就像一个花园，”Rebecca Lowery说研究生他是这项研究的合著者。“这不仅需要营养和健康的环境，而且每隔一段时间你需要修剪枯枝和拔除杂草，以便让新的花朵生长。”

尽管这种被称为神经可塑性的神经网络的不断重组已经被人们很好地理解了一段时间，但科学家们一直没有弄清脑细胞之间连接的建立和断开的基本机制。

在小鼠身上进行实验时，研究人员使用了一个完善的模型来测量神经可塑性，方法是观察当大脑接收到的视觉信息从两只眼睛减少到一只眼睛时，细胞如何重新组织连接。

研究人员发现，当大脑适应只处理一只眼睛的信息时，老鼠大脑中的小胶质细胞对神经元活动的变化做出了快速反应。他们观察到小胶质细胞的目标是突触间隙——神经元之间传递信号的连接的业务端。小胶质细胞“拉起”适当的连接，在物理上断开一个神经元与另一个神经元的连接，同时保留其他重要的连接。

这与感染或受伤时发生的情况类似，在感染或受伤时，小胶质细胞被激活，迅速导航到受伤的部位，清除死亡或患病组织，而不伤害健康组织。

研究人员还确定了这一过程中的一个关键分子机制，并观察到当一个名为P2Y12的受体被关闭时，小胶质细胞停止移除神经元之间的连接。

这些发现可能为以感觉或认知功能障碍为特征的疾病提供新的见解，如自闭症谱系障碍精神分裂症和痴呆。当小胶质细胞的突触修剪功能被中断，或者当细胞错误地移除错误的连接时——可能是由于遗传因素，也可能是由于细胞在其他地方忙于对抗感染或损伤——结果是信号传递受损大脑细胞．

Majewska实验室的研究生、该研究的合著者Grayson Sipe说:“这些发现表明，小胶质细胞是一个复杂机制的动态和不可或缺的组成部分，它允许神经元在健康成熟的大脑中重新组织它们的连接。”“虽然要完全理解这一过程还需要做更多的工作，但这项研究可能会帮助我们了解遗传或免疫系统的紊乱是如何导致神经疾病的。”