星形胶质细胞在调节突触可塑性中的作用

姜雪 刘航 杜志成

星形胶质细胞在调节突触可塑性中的作用

姜雪 刘航 杜志成

突触传递的可塑性被认为是学习和记忆的神经生物学基础，其取决于不同的神经元突触前和突触后机制。然而，最近有越来越多的研究涉及可塑性的第三个要素——突触周围的胶质细胞。传统观念一直认为星形胶质细胞(astrocyte，AS)仅是被动的辅助角色，起支持和营养等作用。近年的研究发现，无论在中枢还是外周神经系统，星形胶质细胞都主动参与了信息的传递与整合，并通过其释放的神经胶质递质等直接影响突触的可塑性。本文结合近年来的研究结果，对AS在突触可塑性中的研究进展作一综述。

AS;突触可塑性;神经递质;突触传递

在由神经元和胶质细胞构成的神经系统中，胶质细胞数量占90%，其中星形胶质细胞(astrocyte，AS)是体积最大，也是分布最为广泛的胶质细胞。过去认为AS主要是对神经元起支持和营养作用。然而，近年来越来越多的证据表明AS在维持神经系统的正常生理活动、脑的发育和神经病理等过程中发挥着重要作用［1］。突触是神经元之间信息传递过程中的重要结构。最新观点认为，AS与突触前和突触后神经元共同构成三重突触(tripartite synapses)结构，参与信号的传导和整合［2］。

1 突触可塑性

突触可塑性是指突触在一定时期，一定条件下突触数目、结构和功能的改变，既包括突触传递效能的变化，又包括突触形态结构以及亚微结构的变化，来调节神经传导和神经分泌等［3］。

根据作用时间，突触可塑性可分为短时效的和长时效的。根据接收条件刺激的突触前纤维与传递效应改变的突触之间的对应关系，可分为同突触型，即条件刺激和可塑性改变发生在同一条突触通路上;和异突触型，指条件刺激作用于传入神经，而可塑性改变发生在没有接受刺激的突触通路上［4］。

2 AS与突触可塑性

AS与突触前、后神经元的位置关系密切，在神经系统内与突触结构紧密相连。早在1997年，Barres等［5］就报道，胶质细胞可以促进突触间的联系。与胶质细胞共同生长的神经元突触的活跃程度是独自生长的神经元突触的10倍。后来，Barres实验室又发现，去除视网膜神经节细胞(RGCs)中的AS后，电生理记录反映突触的活性很小;将AS加入后，即使没有与胶质细胞接触，神经元对多种刺激的反应程度也比那些独自生长的高出7倍，且很少出现突触传递障碍。为解释上述现象，Mauch等［6］使用层析、2 d电泳和质谱分析等方法进行了细致的研究。结果表明，AS在突触囊泡的释放和再循环过程中也有重要作用。AS释放的载脂蛋白/胆固醇被神经元内吞入胞内，使RGCs的自身突触(autapse)数目增加了8倍，量子含量 (quantal content)增加了10倍。近年来，使用细胞培养、膜片钳记录、免疫荧光标记及免疫电镜、免疫蛋白印迹等多种技术进行的研究也揭示:在体外培养条件下，AS可直接控制神经元的突触数目和效能，这些结果提示AS可主动参与调控神经元的兴奋性及突触的可塑性［7］。

3 AS通过释放递质调节突触可塑性

根据传统的观点，能否释放递质是神经元与胶质细胞的一个根本区别。现已证实，胶质细胞也能释放递质，包括谷氨酸、ATP、D-丝氨酸等。这些胶质细胞源性递质既可以作用于AS自身，也可以作用于神经元，调节突触传递和神经元活性［8］。

3.1 谷氨酸 谷氨酸是中枢神经系统重要的兴奋性神经递质，AS能通过控制突触间隙谷氨酸的浓度来调节突触传递。其释放的谷氨酸可作用于突触后膜的NMDA受体，激活神经元［9］;也可作用于突触前膜的NMDA受体，增加微小兴奋性突触后电位和微小抑制性突触后电位;还能激活中间神经元上的红藻氨酸受体 (kainite recepotor，KA)，引起自发性抑制性突触后电位频率增加［10］;此外，谷氨酸还能活化不同类型的谷氨酸受体，特定调节海马中间神经元的抑制性突触传递［11］。

3.2 ATP ATP对突触传递主要起抑制作用，这可以通过突触前、后两种机制实现。在海马，突触前膜释放的谷氨酸可作用位于AS膜表面的相应受体引起ATP释放，ATP在细胞外降解生成的腺嘌呤可激活突触前膜的嘌呤受体，抑制突触前神经元进一步释放神经递质［12］。此外，ATP能减少谷氨酸能神经元内Ca2+震荡的幅度和频率，从而抑制兴奋性突触传递［13］。通过这种方式，AS可抑制突触传递并为远隔部位的突触提供“交互通话”的方式。这样，AS对突触活动的整合使整个突触网络内产生了广泛的协同效应［14］。

3.3 D-丝氨酸 D-丝氨酸有助于在突触后神经元引发长时程增强(long-term potentiation，LTP)。AS可通过释放D-丝氨酸的量来控制长时程突触可塑性。Yang等［15］发现，与AS共同培养的神经元可诱发出LTP;而在不含AS的条件培养液中，只能观察到正常的自发性和诱发性突触传递，但诱发不出LTP;如果向其中加入D-丝氨酸，则能够重新诱发出LTP。而且这些LTP现象均可被D-丝氨酸降解酶所抑制。

3.4 其他 除以上神经胶质递质外，AS还可以释放高半胱氨酸和其他非递质类物质，如胆固醇，肿瘤坏死因子，神经营养因子，细胞外基质等，对于突触数量、结构和传递效能产生重要影响。

4 展望

近年来，对胶质细胞生物学功能的研究已经成为神经生物学领域的一大热点。随着研究的深入，对于胶质细胞在突触可塑性调节中的作用取得了一定进展，但仍有许多重要环节没有阐明。随着对胶质细胞与神经元之间相互作用机制的日益深入的研究，人们对于脑功能的认识将日臻完善，诸多尚未澄清的问题必会得到圆满的解答。

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［14］Pascual O，Casper KB，Kubera C，et al.Astrocytic purinergic signaling coordinates synaptic networks.Science，2005，310:113-116．

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