前额叶小胶质细胞作用于认知发展在青春期

前额叶小胶质细胞作用于认知发展在青春期
有效性,稍纵即逝,选择性CDS-induced小胶质细胞耗竭青少年PFC的老鼠。(A)代表图像Iba1 +小胶质细胞(绿色)的内侧PFC青春期小鼠接受虚假的手术或双边intra-PFC注入PBS或cd。拍摄该照片1、5、10和20天post-injection (dpi)。酒吧图表显示内侧Iba1 +小神经胶质细胞的数量在不同的dpi PFC间隔。* * * P < 0.05, P < 0.01, * * * P < 0.001(事后测试后在1 dpi方差分析:F (12) = 12.7, P < 0.01;在5 dpi: F (12) = 140.5, P < 0.001);N = 5每组和dpi老鼠。(B)不同颜色覆盖的日冕PFC部分来自五个老鼠每组(PBS或cd),其中每个点代表一个Iba1 +小胶质细胞。注意减少小胶质细胞密度在PFC cd的内侧部分老鼠,表示的符号(*)。(C)基因的表达[log2褶皱变化(FC)]定义小胶质细胞、星形胶质细胞、神经元、胶质细胞和内皮细胞cd相对PBS老鼠dpi 5点; significantly altered genes are denoted with the symbol (*), based on FDR q < 0.05, as provided in fig. S6 and table S1; N = 5 mice per group. Credit:科学的进步(2022)。DOI: 10.1126 / sciadv.abi6672

前额叶皮层(PFC)一个大脑区域调节认知功能,该地区的一个截然不同的特征是旷日持久的青少年成熟,获得成熟的认知能力在成年后。现在发表在一份新报告科学的进步,新浪m . Schalbetter和药理学研究小组,神经学、免疫学,在瑞士,德国,美国和英国表明microglia-the居民免疫细胞的大脑成熟的过程。结果表明瞬态和缺乏特异性的前额小胶质细胞在青春期充分诱导成人认知功能,出现PFC-impairments树突和突触结构复杂性。缺陷在前额叶小胶质细胞在青春期会改变excitatory-inhibitory平衡在成人前额电路,团队没有观察认知后遗症前额小胶质细胞耗尽时成年。结果因此认为青春期是一个敏感的时间认知发展对前额叶小胶质细胞的影响。

成熟的PFC

PFC形式的前极哺乳动物大脑并提供执行“自上而下”的控制相对于各种认知过程,包括决策、目标导向行为、认知灵活性和关注,工作记忆。作为一种独特的特性,持续的PFC保持长期成熟在青春期到成年早期收购成熟的认知能力。PFC因此最后人类大脑区域达到完全成熟,在啮齿动物。后天,PFC经历大量的神经元电路改进和突触连接适应前额电路最优应对变化的需求,这发生在从青春期过渡到成年。干扰通常在PFC的结构和功能密切相关的重性精神疾病,包括精神分裂症和双相情感障碍。突触细化日益参与的动态行为——居民的免疫细胞脑实质。在神经发生和大脑发育,来自erythromyeloid祖细胞卵黄囊,然后在大脑在早期胎儿发育和保持成人大脑的自我更新能力。小神经胶质细胞,重塑大脑线路通过吞噬non-phagocytic机制,可以跨不同的大脑区域调节突触细化,包括一等兵不过,成熟的认知的发展相对于成人PFC功能,还有待认识。为此,Schalbetter等人建立了一个模型系统研究的浓度小胶质细胞的结构和功能成熟PFC的老鼠。

前额叶小胶质细胞作用于认知发展在青春期
前额叶小胶质细胞缺乏症在青春期扰乱了成人的认知功能。(一)第一阶段(D,虚拟对象;米,陌生的老鼠)和第二阶段(F,熟悉鼠标;N,小说鼠标)社会交互的测试。酒吧情节展示社会偏好指数(第一阶段)和社会记忆指数(阶段2),而线情节描述绝对探索次阶段。§P < 0.001(整体主要影响对象:F (18) = 20.7);* P < 0.05 (t (18) = 2.84);+ P < 0.01(主要影响对象的PBS老鼠:F (9) = 16.7)。(B)的情节描述百分比的时间探索左(L)或右(R)对象在样品阶段1和2的时间顺序记忆测试。棒图显示了时间顺序记忆指数在测试阶段。 **P < 0.01 [t(18) = 2.98]. (C) Percent time freezing during the habituation, acquisition, and expression phases (left and middle line plots) and extinction rate (% change from freezing levels measured during the expression phase; right line plot) during the contextual fear test. The arrows indicate the presentation of foot shock. **P < 0.01, based on post hoc tests following ANOVA [treatment × days interaction: F(3,54) = 2.9, P < 0.05]. N = 10 mice in each group and test. Credit:科学的进步(2022)。DOI: 10.1126 / sciadv.abi6672
PFC实验和小鼠模型

虽然神经科学家已经开发了一些基因和药理模型对特异性小胶质细胞操纵。Schalbetter等人选择调节小胶质细胞选择性的PFC在限制的时间窗口,没有诱导外周免疫细胞或其他细胞的非特异性影响中枢神经系统。科学家们使用立体定位注射clodronate二钠盐(CDS)诱导选择性凋亡抑制小胶质细胞的线粒体腺苷5′二磷酸腺苷/ 5′三磷酸(ATP)移位酶线粒体调制。这是最适合的方法来消耗小胶质细胞选择性和PFC在青春期的实验动物模型。瞬态功能丧失的损耗实验方法表明前额叶小胶质细胞在青春期诱导持久PFC-associated认知和突触结构的变化。团队进行实验用小鼠年龄在6周和选择这个时间作为一个关键的窗口内的突触精化和树突曼宁到期时间恰逢增加前额microglia-defining基因的表达和补充组件3,后者的相关的突触重塑通过小胶质细胞。科学家们使用一个虚假的手术控制老鼠群,和一个控制队列接收注射磷酸盐缓冲盐水的老鼠,除了CDS-injected老鼠。CDS-mice队列显示瞬态减少电离钙结合衔接分子1艾滋病在PFC横跨infralimbic小胶质细胞数量,prelimbic和前扣带皮层。每天的变化开始出现post-injection (dpi),五天后达到顶峰,10天post-injection规范化。

前额叶小胶质细胞作用于认知发展在青春期
前额叶小胶质细胞缺乏症在青春期会导致动态变化小胶质突触粒子的吸收。(A)的显微照片显示了一个代表Z-stack形象的话染色使用Iba1(绿色)小胶质标记和巴松管(红色)突触前标记前(上)和(下)后与伊万里瓷器表面呈现和重建图像分析软件。巴松管+突触前puncta colocalizing Iba1 +小胶质细胞出现在黄色的未加工如果污点,而巴松管+突触前puncta驻留在小胶质细胞出现红点的重建图像。(B)量化巴松管+突触前puncta居住后小胶质细胞在不同天内注入。注意,巴松管的数量+突触puncta减少前额CDS-injected老鼠的小胶质细胞在10 dpi [* P < 0.05, t(8) = 2.72),而他们在cd增加小鼠20 dpi (* * P < 0.01, t (8) = 4.28)。有在40 dpi组无显著差异。所有的数据都意味着±SEM与单个值覆盖;N = 5每组和dpi老鼠。信贷:科学的进步(2022)。DOI: 10.1126 / sciadv.abi6672

监测成人前额叶缺小胶质细胞在青春期后认知障碍

Schalbetter等人研究了如何影响行为和认知发展前额小胶质细胞缺乏症在青春期。为此,他们受到老鼠群cd (clodronate磷酸氢二钠盐)或PBS缓冲控制注射和允许他们长大成人。通过12周,团队开始成人行为测试包括社会方法行为,社会识别记忆,时间顺序的记忆上下文的灭绝恐惧。两组结果突出显示完整的社会行为,尽管cd老鼠不能区分新的和熟悉的鼠标,展示社会识别记忆受损。同样,成人cd老鼠受损时间顺序记忆的对象,展示青少年认知赤字所带来的长期影响。结果表明小鼠瞬态前额小胶质细胞耗竭发达PFC-related认知缺陷在青春期到成年。

前额叶小胶质细胞作用于认知发展在青春期
前额叶小胶质细胞缺乏症在青春期诱导结构锥体神经元的突触变化成人曼宁(A)代表如果污渍biocytin-filled锥体神经元与伊万里瓷器重建图像分析软件(左)与数字化应用同心球体(20-μm间距)soma中心(右)。线路图描绘了树突的数量对soma径向距离十字路口。* P < 0.05,基于事后测试后方差分析(治疗×距离交互:F (15180) = 2.7, P < 0.01);N = 7,老鼠每组。(B)代表的话染色使用VGLUT1(红色)作为突触前和psd - 95(绿色)突触后神经元兴奋性的标志。VGLUT1 + / psd - 95 + colocalizing突触突出显示的白色圆圈放大部分。散点图显示的密度(每平方毫米)数字VGLUT1 + / psd - 95 +突触的内侧PFC PBS (N = 9)和cd (N = 10)老鼠。* * P < 0.01, t = 2.97 (17)。(C)代表的话染色使用VGAT(红色)和突触前Gephyrin(绿色)作为抑制性神经元的突触后标记。VGAT + / Gephyrin + colocalizing突触突出显示的白色圆圈放大部分。 The scatterplot shows the density (numbers per square millimeter) of VGAT+/Gephyrin+ synapses in the PFC of PBS (N = 9) and CDS (N = 10) mice. **P < 0.01, t(17) = 2.88. (D) The photomicrograph shows a representative IF stain of a biocytin-filled pyramidal dendritic section before (top) and after (bottom) surface rendering with Imaris. Different spine classes (1, filopodia; 2, long thin; 3, mushroom; and 4, stubby spines) are highlighted in different colors in the surface-rendered image. The scatterplots show the number of different spines. *P < 0.05, t(12) = 3.22; N = 7 mice per group. Credit:科学的进步(2022)。DOI: 10.1126 / sciadv.abi6672

成年后突触赤字瞬态前额小胶质细胞缺乏青春期

相对新兴的小胶质细胞的作用在突触细化,Schalbetter等人研究了瞬态前额小胶质细胞耗竭在青春期改变突触的发展和功能。在实验中,研究小组使用智慧路径分析功能网络预测的基因差异表达的PFC的峰值CDS-induced小胶质细胞耗竭。与小胶质细胞密度下降、cd老鼠改变基因表达建议如何严重缺乏青少年PFC的小胶质细胞可能影响转录过程相对于神经元电路改造。干扰有长期影响,导致功能网络失调引起持续的神经回路和突触结构的变化到成年后CDS-treatment在青春期。他们信用的结果可能成熟过程的干扰在PFC从青春期过渡到成年。然后他们提供产品的一个窗口认知和突触后遗症post-prefrontal小胶质不足说明青春期前前额小胶质细胞耗竭导致频谱的成年突触异常。

前额叶小胶质细胞作用于认知发展在青春期
前额叶小胶质细胞缺乏青春期前导致成年选择性行为和认知变化。(一)第一阶段(D,虚拟对象;米,陌生的老鼠)和第二阶段(F,熟悉鼠标;N,小说鼠标)社会交互的测试。酒吧的情节显示社会偏好指数在阶段1(值> 0代表偏好向M)和社会记忆指数在第二阶段(值> 0代表偏好向N),而线情节描述绝对探索次阶段。* P < 0.05 (t (34) = 2.6);§P < 0.001 (F(34) = 46.7),反映出整体的主要作用对象在阶段1;+ P < 0.05,反映出区别PBS和cd老鼠的时间探索活老鼠,基于事后测试后方差分析(治疗×对象交互:F (34) = 3.8, P < 0.05);# P < 0.01,反映出对象的整体主要作用在第二阶段(F (34) = 8.4)。(B)酒吧情节描述相对的时间百分比(%)探讨左侧(L)或向右(R)对象在样品阶段1和2的时间顺序记忆测试。 The bar plot shows the temporal order memory index during the test phase (values > 0 represent a preference toward the temporally more remote object presented in sample phase 1). (C) Percent time freezing during the habituation, acquisition, and expression phases (left and middle line plots) and extinction rate (% change from freezing levels measured during the expression phase; right line plot) during the contextual fear test. The arrows indicate the presentation of foot shock. *P < 0.05 and **P < 0.01, based on post hoc tests following repeated-measures ANOVA [treatment × days interaction: F(3,102) = 3.2, P < 0.05]. All data are means ± SEM with individual values overlaid; N = 18 male mice in each group and test. Credit:科学的进步(2022)。DOI: 10.1126 / sciadv.abi6672
前景

这样,新浪m . Schalbetter和他的同事们展示了PFC的旷日持久的成熟至关重要收购成熟的认知能力到成年。他们利用动物模型表明小胶质细胞成熟的过程中,监管缺乏特异性的前额小胶质细胞与持久的突触/认知障碍到成年。科学家们确定动态变化microglia-mediated突触吞没在青少年全氟化物诱导小胶质细胞缺陷后,支持这一观点。团队确定脆弱性的关键窗口对认知后遗症后实验干扰,并强调了研究限制,。工作显示青春期期间影响前额叶小胶质细胞的关键时期。实验模型提供了一个机会来研究小胶质功能受损神经发育障碍的病理生理学理解大脑疾病的病因学中一个典型的发作青春期和成年


进一步探索

星形胶质细胞网络在老鼠大脑控制空间学习和记忆

更多信息:新浪m . Schalbetter et al,青春期是一个敏感时期前额叶小胶质细胞对认知发展采取行动,科学的进步(2022)。DOI: 10.1126 / sciadv.abi6672

艾蒂安Koechlin et al,认知控制的体系结构在人类前额叶皮层,科学(2003)。DOI: 10.1126 / science.1088545

期刊信息: 科学的进步 ,科学

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引用青春期:前额叶小胶质细胞作用于认知发展(2022年3月17日)检索到1 2022年6月从//www.puressens.com/news/2022-03-prefrontal-microglia-cognitive-adolescence.html
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