《科学》：出乎意料！这类“配角”细胞是大脑可塑性的关键角色

▎药明康德内容团队编辑  

在组成大脑的各种细胞中，神经元一直是光芒四射的“主角”，而星形胶质细胞虽然数量众多，长期以来只充当“配角”，被认为只是起着支持神经元的作用。直到近些年来，对星形胶质细胞的研究不断发展，人们逐渐了解这类细胞在大脑功能中十分重要。

▲原代培养的星形胶质细胞（图片来源：参考资料[2]；Credit：Inserm/Ruiz, Anne-Laure）

最近，顶尖学术期刊《科学》发表了一篇研究论文，让星形胶质细胞站到了聚光灯下。科学家们发现，哺乳动物神经系统最了不起的一个特质——可塑性（plasticity），并非像过去以为的那样主要由神经元操控。实际上，在可塑性的关键期，未成熟的星形胶质细胞可以决定关键期何时结束，从而影响大脑感觉和认知能力的发展。

从长远来看，这一新发现将使人们有机会找到新策略，让已经发育完成的大脑再次提升可塑性，帮助大脑损伤或神经发育障碍的人促进康复。

出生后不久的一段时间里，我们的大脑源源不断地接收外界环境传来的各种信号，并因此灵活调整神经元之间的布线，以便适应感官的输入。这段时间被称为大脑可塑性的关键期，一旦结束，或者说“关闭”，标志着神经环路趋于稳定。随着年龄增长，大脑仍然有可塑性，不过灵活程度与关键期相比就要低得多了。

大脑可塑性的关键期，与大脑高效处理信息、认知正常发展密切相关。在此期间发生的改变，很多不再可逆。比方说，幼儿阶段发生了斜视（两只眼睛不能同时注视同一方向），如果不及时治疗，随着相应的视觉皮层中神经元布线被永久改变，对视觉功能造成的影响就会伴随终生。

为了补救像这样的问题，有些科学家设想，如何能在关键期关闭后，让大脑恢复重新布线的能力，再次提高可塑性。而要达成这样的目标，我们还需要了解关键期关闭背后的机制。

在这项研究中，来自法国的一支研究团队通过对小鼠视觉皮层的实验，揭示了关键期关闭的细胞过程。他们发现，未成熟的星形胶质细胞的存在是大脑可塑性的关键。这些细胞在关键期参与了中间神经元的发育过程，最终导致关键期关闭。对分子机制的研究还表明，星形胶质细胞大量表达的连接蛋白（connexin 30），是推动中间神经元成熟的重要信号。

研究人员由此在成年小鼠中验证了一种重新“打开”大脑可塑性的策略。他们从幼鼠的视觉皮层中取出尚未成熟的星形胶质细胞进行培养，再把这些细胞移植到成年小鼠的初级视觉皮层中。移植一段时间后，评估小鼠视觉皮层的神经活动。结果显示，与没有移植的对照组相比，移植未成熟星形胶质细胞的小鼠表现出了高度的可塑性。

“这项研究提醒了我们，我们不能只盯着神经元。星形胶质细胞所属的胶质细胞，对大脑的大部分功能起到了调节作用。”这篇论文的通讯作者Nathalie Rouach博士总结说：“我们认识到，这些胶质细胞扮演着重要的角色。”

 

参考资料

[1] Jérôme Ribot et al., (2021) Astrocytesclose the mouse critical period for visual plasticity. Science DOI:10.1126/science.abf5273

[2] The Key Role of Astrocytes in CognitiveDevelopmen. Retrieved July 5, 2021 from https://presse./en/le-role-cle-des-astrocytes-pour-le-developpement-cognitif/43313/