星形脑细胞协调神经连接

大脑不只是由一团缠结的神经元组成。被称为星形胶质细胞的星形细胞勤奋地填补神经网络之间的缝隙，每一个都将自己包裹在数千个被称为突触的神经元连接上。这种排列使每个星形胶质细胞形成了复杂的海绵状结构。

杜克大学的一项新研究发现，星形胶质细胞不仅仅是神经元的随从。它们独特的结构对于调节大脑突触的发育和功能也极为重要。

当它们不能正常工作时，星形胶质细胞功能障碍可能是自闭症、精神分裂症和癫痫等毁灭性疾病中观察到的神经元问题的基础。

Duke团队确定了一种三种三种蛋白质，其在增加每个星形胶质细胞的网状结构的增加时，并且突出了突触之类的神经元结构。关闭这些蛋白质之一不仅限制了星形胶质细胞的复杂性，而且还改变了它们触及的神经元之间突触的性质，改变了兴奋性和抑制性神经连接之间的微妙平衡。

杜克大学细胞生物学和神经生物学副教授Cagla Eroglu说:“我们发现，星形胶质细胞的形状以及它们与突触的相互作用对大脑功能至关重要，它们与疾病的联系在某种程度上一直被人们所忽视。”这项研究发表在11月9日出版的《科学》杂志上自然。

星形胶质细胞出现的时间几乎和大脑一样长。即使是简单的无脊椎动物，比如面包屑大小的线虫，也有原始形式的星形胶质细胞，掩盖着它们的神经突触。随着我们的大脑进化成复杂的计算机器，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同伴。将星形胶质细胞和神经元放在一个培养皿中，星形胶质细胞会形成复杂的星形结构。单独或与其他类型的细胞一起生长，它们会发育不良。

为了弄清楚神经元是如何影响星形胶质细胞的形状，Eroglu实验室最近的一位博士研究生Jeff Stogsdill将这两个细胞培养在一起，同时调整神经元的细胞信号机制。他惊讶地发现，即使他直接杀死了神经元，但保留了它们的结构作为支架，星形胶质细胞仍然漂亮地修饰着它们。

Stogsdill说:“不管神经元是死是活，星形胶质细胞和神经元之间的接触都会使星形胶质细胞变得复杂。”“这告诉我们，调节这一过程的细胞表面之间存在相互作用。”

斯托格斯迪尔搜索了现有的基因数据库细胞表面蛋白已知由星形胶质细胞表达，并确定了三个可能有助于指导其形状的候选细胞。这些蛋白质被称为神经素，在构建神经突触中发挥作用，并与自闭症和精神分裂症等疾病有关。此前，人们主要在神经元中研究它们的功能。

为了找出神经胶质细胞在星形胶质细胞中扮演的角色，Stogsdill对星形胶质细胞产生这些蛋白质的能力进行了修补。他发现，当他停止产生神经胶质细胞时，星形胶质细胞会变小、变钝。但当他促进神经胶质细胞的产生时，星形胶质细胞的体积几乎增长了两倍。

Stogsdill说:“星形胶质细胞的形状与它们的神经胶质蛋白表达成正比。”

调节神经胶质细胞的表达不仅改变了星形胶质细胞的大小和形状。它们对星形胶质细胞接触的突触也有巨大的影响。

当Stogsdill关闭一个神经胶质素-神经胶质素2时，兴奋性或“go”突触的数量下降了50%。抑制或“停止”的数量突触保持不变，但活动增加了。

“我们现在了解到，精神分裂症、自闭症和癫痫等神经系统疾病的特征之一是兴奋和抑制之间的不平衡，”Stogsdill说。“这说明，这些与疾病相关的分子可能在星形胶质细胞中发挥作用，改变这种平衡。”

斯坦福大学的神经生物学教授本贝雷斯并没有参与该研究，称为“一个深刻重要的，革命性的进展”，了解神经元和星形胶质细胞之间的相互作用会影响突触形成。

“这些发现再次生动地说明了大脑中任何重要的过程只能被理解为星形胶质细胞和神经元之间的对话，”Barres说。忽略星形胶质细胞，它们比神经元总是一个错误。”

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