在一項新的研究中，馬薩諸塞大學(xué)陳醫(yī)學(xué)院的Dorothy P. Schafer博士和Travis E. Faust博士領(lǐng)導(dǎo)的一個研究團(tuán)隊解釋了大腦中的兩種不同細(xì)胞類型——星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞——如何響應(yīng)感覺輸入的變化進(jìn)行通信，以重塑神經(jīng)元之間的連接，即突觸。

這些發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《細(xì)胞》雜志上，代表了神經(jīng)生物學(xué)家新興關(guān)注的一個領(lǐng)域，他們希望了解大腦中不同的細(xì)胞如何相互作用以重新連接大腦。

這種新穎的機(jī)制有潛力成為轉(zhuǎn)化科學(xué)家的靶點，他們希望有朝一日能夠預(yù)防在神經(jīng)退行性疾病（如阿爾茨海默病?或ALS）以及年齡相關(guān)性認(rèn)知衰退期間發(fā)生的突觸損傷。它也可能為神經(jīng)發(fā)育和精神疾?。ㄈ缱蚤]癥和精神分裂癥）帶來新的見解，這些疾病中大腦的回路精細(xì)化過程可能在發(fā)育過程中受到了損害。

Schafer博士表示："大腦由數(shù)十億個細(xì)胞組成，這些細(xì)胞必須以某種方式相互協(xié)調(diào)才能實現(xiàn)適當(dāng)?shù)拇竽X連接。了解所有這些細(xì)胞如何協(xié)調(diào)是關(guān)鍵。在這里，我們提供了新的視角，揭示了在發(fā)育過程中，被稱為神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的非神經(jīng)元細(xì)胞如何相互通信以重新連接大腦回路。我們認(rèn)為這與許多神經(jīng)退行性和神經(jīng)發(fā)育性疾病有關(guān)，這些疾病中大腦回路被不適當(dāng)?shù)刂厮芰恕?

隨著大腦的發(fā)育，神經(jīng)回路會根據(jù)從環(huán)境中接收到的感覺刺激進(jìn)行精細(xì)化調(diào)整和修剪。該研究的合著者Faust博士解釋說，如果允許形成過多的神經(jīng)突觸，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就無法正常運作。

自閉癥是一種被認(rèn)為由突觸修剪不足引起的神經(jīng)發(fā)育障礙。已發(fā)現(xiàn)精神分裂癥患者大腦某些部位的突觸過少，而其他部位則過多。

相反，許多神經(jīng)退行性疾病，如阿爾茨海默病和ALS，其特征是突觸的退化和破壞，而 unchecked 的突觸連接重塑被認(rèn)為是導(dǎo)致認(rèn)知和功能衰退的原因。保護(hù)這些突觸免受失調(diào)的突觸重塑可能被證明對患有這些疾病的患者有益。

Schafer說："這項研究展示了兩種不同的膠質(zhì)細(xì)胞亞型——星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞——如何在感覺體驗改變后，協(xié)同工作來移除或'修剪'大腦皮層中的突觸。"

這項研究建立在Schafer實驗室2019年發(fā)表在Journal of Neuroscience期刊上的一項先前研究的基礎(chǔ)上，在那項研究中他們改變了發(fā)育中小鼠的感覺體驗。Schafer說："即使在早期發(fā)育階段，動物感覺體驗的細(xì)微變化也會對大腦連接產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。"

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?Schafer和Faust現(xiàn)在揭示了這種重新連接是如何實現(xiàn)的。Schafer說："你可以把星形膠質(zhì)細(xì)胞想象成茂密的灌木叢，擁有數(shù)百萬個微小的分支，這些分支接觸單個突觸，并填充了大腦中神經(jīng)元之間的所有空隙。"

相比之下，小膠質(zhì)細(xì)胞是常駐的免疫細(xì)胞，負(fù)責(zé)監(jiān)測大腦，通常會吞噬突觸。Faust說："我們發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細(xì)胞會分泌一種叫做Wnts的分子，這種分子向星形膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)出信號。這種信號傳導(dǎo)導(dǎo)致星形膠質(zhì)細(xì)胞將其微小的分支從突觸處移開，從而讓小膠質(zhì)細(xì)胞能夠迅速進(jìn)入并吞噬這些突觸。"

關(guān)鍵的信使分子Wnt是一類由細(xì)胞分泌的蛋白質(zhì)家族，對許多生物過程至關(guān)重要，包括胚胎發(fā)育、組織穩(wěn)態(tài)、干?細(xì)胞調(diào)節(jié)和細(xì)胞分化。在這種情境下，Wnt蛋白作為一種信號，通知星形膠質(zhì)細(xì)胞移開并暴露突觸。這使得小膠質(zhì)細(xì)胞可以自由進(jìn)入并吞噬那些暴露的、不活躍的突觸。

這些發(fā)現(xiàn)的影響是廣泛的。Schafer說："在我們體驗周圍世界的過程中，隨著感覺體驗的改變，大腦在發(fā)育期間會發(fā)生大量的重塑?？梢韵胂?，類似的事情也發(fā)生在其他情境中，比如學(xué)習(xí)和記憶過程中，或者睡眠期間。我們也在研究這是否可能涉及諸如自閉癥和精神分裂癥等疾病，在這些疾病中，這些重塑過程可能出錯，或者在不恰當(dāng)?shù)臅r間和地點被異常上調(diào)，從而導(dǎo)致突觸連接的喪失，以及像阿爾茨海默病這樣的神經(jīng)退行性疾病中的認(rèn)知衰退。了解這些過程如何參與疾病是我們接下來重要的步驟之一。"