神經膠質細胞可向神經元傳遞信號

圖片說明：腦中的少突細胞祖細胞（綠色）影響神經元（紅色）間突觸信號融入神經網絡。圖片來源：Institute of Molecular Cell Biology

 

德國美因茨約翰尼斯•古騰堡大學（Johannes Gutenberg University Mainz，JGU）的科學家發現了大腦中新的信號通路，其在學習和感覺輸入處理中扮演著重要角色。現已確切知道不同的神經膠質細胞（glial cell）可以接受來自神經元的信息。然而，不為人所知的是同樣的這些神經膠質細胞也會向神經元傳遞信息。神經膠質釋放出一種特別的蛋白片段，可以影響神經元間的相互聯系，最大可能是蛋白通過結合到神經元用於通信的突觸上來實現調控。例如，在學習過程中中斷這種來自神經膠質的信息流會導致神經網絡的改變。由Dominik Sakry博士、Angela Neitz博士、Jacqueline Trotter教授和Thomas Mittmann教授組成的團隊，從分子、細胞水平到網絡水平，以及最終導致的行為結果等方面闡明了背後的機制。他們的發現為理解大腦中信號傳遞的復雜通路提供了重要的幫助。

 

哺乳類動物大腦中的神經膠質細胞數量多於神經細胞，但其功能很大程度上仍未被闡明。一類又被稱為少突膠質前體細胞（oligodendrocyte precursor cells，OPC）的神經膠質細胞發育成為少突細胞，其以一種保護性髓磷脂層包裹著神經軸突，來促進沿軸突的快速信號傳遞。有趣的是，這些OPC細胞以穩定的比例出現，大致為包括成人腦在內的腦部所有細胞的百分之五到八。美因茨的研究人員決定對這些OPC細胞進行詳細觀察。

 

在2000年，人們發現OPC細胞通過它們產生的神經元間的突觸聯系接受來自神經網絡的信號。美因茨大學（Mainz University）分子細胞生物學研究所（Institute of Molecular Cell Biology）的Jacqueline Trotter教授解釋說：「我們現在發現前體細胞不但通過突觸接受信息，而且反過來使用它們來將信號傳遞給臨近的神經細胞。因此前體細胞是整個神經網絡的重要組成部分。」一直以來，神經元被認為在大腦中扮演著重要角色。然而在過去的幾年中，越來越多的科研數據證明，神經膠質細胞可能扮演著同樣重要的角色。美因茨大學醫學中心生理學研究所（Institute of Physiology）的Thomas Mittmann教授解釋說：「神經膠質細胞對於我們的大腦極其重要，我們現在詳細地闡明了神經膠質在信號傳遞中扮演的新的重要角色。」

 

通信傳導鏈主要開始於神經元細胞與OPC細胞之間的信號傳導，這主要依靠神經遞質谷氨酸鹽（neurotransmitter glutamate）在突出間隙（synaptic cleft）的傳導來實現。這個過程會激活OPC細胞內的α-分泌酶的蛋白質的活性。該蛋白酶作用於NG2蛋白，通過前體細胞將NG2片段釋放到細胞外空間而表達，在細胞外它影響相鄰的神經突觸。神經元以改變電活動的形式對此做出反應。Mittmann說：「我們可以使用膜片鉗技術（patch-clamp techniques）監聽細胞是如何互相交談的。」

 

圖片說明：神經膠質細胞的一個亞類，OPC細胞（綠色）間的分子信號通路模型以及神經網絡（灰色）。通過增強OPC細胞內的蛋白酶活動釋放神經膠質NG2蛋白片段是中心環節（1），調節神經網絡中特定的（興奮的）突觸信號傳導（2）。圖片來源：Institute of Molecular Cell Biology

 

本研究的共同第一作者Dominik Sakry博士解釋說：「該過程始於來自神經元的信號被OPC細胞所接受。這意味著對神經元的反饋不能被視為是同信號接受分離的。」在此過程中NG2的角色在研究者移除該蛋白時變得明顯了：神經突觸功能改變了，改造學習、擾亂感覺輸入處理在測試動物身上以行為改變的形式表現出來。

 

大腦中兩種類型細胞間的通信不是一個單向的系統，而是一個包括反饋回路在內的復雜機制，該結果通過生理學家和分子生物學家共同參與的合作項目而獲得。