來源：生物谷原創(chuàng) 2022-08-17 10:34
從走路和說話這樣的日常行為到運動或?qū)W業(yè)上的卓越表現(xiàn)，大腦不斷地獲取和無縫處理信息，從而產(chǎn)生這些令人難以置信的行為。這個過程需要整個細胞交響樂團互相傾聽，并調(diào)整它們的功能，使之協(xié)調(diào)一致。
從走路和說話這樣的日常行為到運動或?qū)W業(yè)上的卓越表現(xiàn)，大腦不斷地獲取和無縫處理信息，從而產(chǎn)生這些令人難以置信的行為。這個過程需要整個細胞交響樂團互相傾聽，并調(diào)整它們的功能，使之協(xié)調(diào)一致。神經(jīng)科學中剩下的最基本的問題之一是，大腦中的細胞如何移動、相互作用和相互協(xié)調(diào)，以產(chǎn)生這些活動。
在大腦中，這個細胞交響樂團不僅包括錐體神經(jīng)元，還包括通常在防御身體病原體方面發(fā)揮作用的細胞。其中之一是一類稱為小膠質(zhì)細胞的免疫細胞，科學家們越來越多地了解到它們在大腦功能、健康和疾病方面發(fā)揮著超大的作用。小膠質(zhì)細胞在組裝和維護神經(jīng)回路方面的作用也越來越受到關(guān)注，以及它們?nèi)绾文軌蚋淖冏约旱姆肿由矸菀赃m應環(huán)境。對神經(jīng)科學家來說，長期以來的謎團是它們?nèi)绾巫龀鲞@種改變。
在一項新的研究中，來自美國布羅德研究所和哈佛大學的研究人員更接近于回答這個問題。他們發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細胞“監(jiān)聽”鄰近的錐體神經(jīng)元，并改變它們的分子狀態(tài)以匹配它們。相關(guān)研究結(jié)果于2022年8月10日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標題為“Pyramidal neuron subtype diversity governs microglia states in the neocortex”。論文通訊作者為布羅德研究所斯坦利精神病學研究中心干細胞與再生生物學教授Paola Arlotta博士。
論文共同第一作者、Arlotta實驗室博士后研究員Jeffery Stogsdill說，“當小膠質(zhì)細胞第一次被發(fā)現(xiàn)時，它們被認為只是清道夫，清理細胞碎片并幫助抵御病原體。如今我們知道，小膠質(zhì)細胞可以以非常復雜的方式與錐體神經(jīng)元相互作用，從而影響錐體神經(jīng)元的功能?！?/p>
這一發(fā)現(xiàn)可能為在未來開展一系列能夠精確地靶向小膠質(zhì)細胞與鄰近的錐體神經(jīng)元之間通信的新的研究打開大門。當這些細胞之間的通信出現(xiàn)問題時，就會出現(xiàn)自閉癥和精神分裂癥等疾病。
Stogsdill繼續(xù)說，“在試圖影響大腦時，我們可以靶向非常特定的狀態(tài)，或者我們可以靶向非常特定的錐體神經(jīng)元亞型，從而能夠改變小膠質(zhì)細胞的特定狀態(tài)。它允許我們擁有高級別的粒度?！?/p>
這項新的研究為不同的細胞類型如何和諧地一起發(fā)揮作用提供了獨特的新見解。Arlotta說，“我們在這項新的研究中發(fā)現(xiàn)大腦中不同類型的細胞相互交談并相互影響，最終能夠一起做更多事情的規(guī)則?！?/p>
在這篇論文中，這些作者描述了錐體神經(jīng)元在大腦早期初次相遇時如何訓練小膠質(zhì)細胞，并與它們一起發(fā)揮作用。他們發(fā)現(xiàn)，在大腦皮層---大腦中負責熟練的運動功能、感官知覺和認知的區(qū)域---的形成過程中，不同類型的錐體神經(jīng)元以它們自己獨特的方式影響附近小膠質(zhì)細胞的數(shù)量和分子狀態(tài)。
與Fezf2基因敲除皮層、Reln基因敲除皮層和對照皮質(zhì)相關(guān)的對照實驗。圖片來自Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05056-7。
Stogsdill說，“這些不同類型的皮層錐體神經(jīng)元招募不同數(shù)量的小膠質(zhì)細胞。它們隨后對這些小膠質(zhì)細胞進行塑造，準確地告訴它們需要變成什么類型。”
大腦皮層被組裝成若干層，每一層都有不同類型的錐體神經(jīng)元駐留。這些作者使用基因圖譜法來研究不同層的小膠質(zhì)細胞，發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細胞在數(shù)量和分子狀態(tài)上的變化取決于它們所在的哪一層。他們隨改變了這些層中錐體神經(jīng)元類型的組成，發(fā)現(xiàn)它們可以影響不同小膠質(zhì)細胞狀態(tài)的分布。小膠質(zhì)細胞與新位置的錐體神經(jīng)元類型相匹配，這就證實了這些錐體神經(jīng)元正在影響它們。
這些作者隨后建立了一個分子圖譜，概述了錐體神經(jīng)元和小膠質(zhì)細胞之間的交流。他們分析了他們的分子圖譜數(shù)據(jù)，以找到不同小膠質(zhì)細胞狀態(tài)及其鄰近錐體神經(jīng)元所表達的成對相互作用的蛋白。這樣的分子圖譜可能使未來研究這些相互作用的功能作用和潛在的治療干預靶標成為可能。他們計劃首先解釋不同層的小膠質(zhì)細胞之間的差異和功能區(qū)別到底是什么。
Arlotta說，“我們知道小膠質(zhì)細胞可以影響神經(jīng)回路的功能，而如今我們知道錐體神經(jīng)元可以招募特定類型的小膠質(zhì)細胞到它們的附近。這是一個迷人的想法，即錐體神經(jīng)元可以重塑它們的環(huán)境，以幫助微調(diào)它們自己的神經(jīng)回路功能?！保ㄉ锕?Bioon.com）
參考資料：
Jeffrey A. Stogsdill et al. Pyramidal neuron subtype diversity governs microglia states in the neocortex. Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05056-7.
