星形胶质细胞与可塑性

一、突触可塑性

神经元在学习和记忆等高级大脑功能中的作用已经得到了很好的证实。加拿大心理学家唐纳德·赫布(Donald Hebb)提出的赫布学习定律(Hebb’s law of learning)揭示，大脑记忆的物质基础是突触的可塑性。突触可塑性最初是指神经元间突触连接在形态和功能上的改变，主要表现为长时程增强(LTP)和长时程抑制(LTD)。当两个神经元连接在一起并产生神经冲动时，它们之间的突触传递就会增强，从而导致更有效的神经元激活。LTP是突触可塑性的主要形式，LTP和LTD都是学习和记忆等高级脑功能的生物学基础。

二、星形胶质细胞和突触可塑性

在发现神经元在大脑高级活动中的各种功能后，星形胶质细胞也被发现与大脑的高级功能密切相关。20世纪50年代，阿尔伯特·爱因斯坦qu世后，人们发现他的大脑与正常人的大脑wei一不同之处在于星形胶质细胞及其过程的数量和大小更大。因此，假设星形胶质细胞在大脑的高级功能中发挥重要作用。在过去的二十年里，星形胶质细胞的研究取得了重大进展。随着星形胶质细胞在高级脑功能中的作用越来越清晰，它们在突触可塑性中的作用也得到了证实。突触可塑性的定义也得到了扩展和发展。本文总结了星形胶质细胞主要通过钙信号、胶质递质的释放、与神经元的相互作用以及星形胶质细胞的可塑性等几个方面在突触可塑性中发挥重要作用。

三、钙信号和胶质递质的释放

早期的研究表明，星形胶质细胞中的钙信号通过诱导星形胶质细胞谷氨酸释放来调节突触可塑性，而谷氨酸释放通过作用于突触外的NMDA受体，导致微型突触后电流(PSCs)频率的NMDA受体依赖性增加。2004年有报道称，星形胶质细胞释放谷氨酸可在CA1区锥体神经元上诱发AMPA受体介导的自发性兴奋性PSCs，从而调节突触可塑性。此外，感觉或电刺激引起的体内胆碱能活性升高海马星形胶质细胞中钙离子的浓度，进而通过释放谷氨酸诱导海马CA3-CA1突触LTP。

除了谷氨酸，星形胶质细胞在Ca2+升高后还释放其他胶质递质，zuitu出的是d -丝氨酸，NMDA受体的协同激动剂和ATP。已经证明，星形胶质细胞释放d -丝氨酸控制邻近兴奋性突触中nmdar依赖的可塑性。此外，突触传递的LTP也依赖于星形胶质细胞释放d -丝氨酸。

此外，星形胶质细胞释放的ATP调节动物模型中的抑郁样行为，很可能调节患者的临床抑郁。此外，星形胶质细胞ATP释放减少导致P2X2Rs对内侧前额叶皮层(mPFC) gabaergy中间神经元的刺激减少，从而减少gabaergy抑制并提高兴奋性。星形胶质细胞ATP的释放在星形胶质细胞-神经元的相互通讯中无疑是重要的。

除了上面讨论的典型胶质递质外，乳酸也是一种重要的胶质递质，尤其是对突触后神经元。通过糖原分解，星形胶质细胞将糖原转化为乳酸，并通过MCT1或MCT4转运体释放到突触中。然后神经元就可以通过它们的MCT2转运体吸收它们。乳酸是星形胶质细胞提供的一种额外的代谢能量形式，可促进神经元生长和调节突触可塑性。

四、通过与神经元的相互作用影响突触传递

除了通过释放胶质递质调节神经元活动外，星形胶质细胞还通过位于细胞外表面的星形胶质细胞受体与神经元相互作用，在突触传递中发挥作用。例如，有人指出星形细胞对突触的调节主要基于细胞内Ca2+依赖性过程以及受体激活的结果，特别是I组代谢型谷氨酸能受体(mGluRs)。其中，5亚型受体(mGluR5)是在星形细胞过程中感知谷氨酸突触释放的主要受体，而不是神经元上低亲和力且快速脱敏的AMPAR。星形胶质细胞在基础突触传递过程中通过mGluR5激活后，通过突触前腺苷A2A受体激活提高CA1锥体细胞的传递效率，提示其直接参与神经元对突触传递的调节。

P2X和P2Y受体是与ATP结合的特异性受体，在神经元和星形细胞细胞膜上均有表达。星形胶质细胞中表达的P2YRs参与维持神经功能和星形胶质细胞-神经元通讯。P2Y1Rs的刺激会减弱PFC中星形细胞的NMDAR电流，但ATP激活P2Y4Rs会释放星形细胞中的泡状谷氨酸，从而促进NMDAR电流的产生。此外，星形胶质细胞P2X7R被ATP激活后，会释放谷氨酸、γ -氨基丁酸(GABA)等其他胶质递质，刺激邻近神经元，调节神经元功能。

此外，在突触中表达的一个名为ephrinb和Eph受体的跨膜蛋白家族曾被认为调节突触的传递和可塑性。它们除了存在于海马体CA1神经元上外，还被确定在海马体星形胶质细胞上表达，调节d -丝氨酸的合成和释放。此外，研究发现星形胶质细胞通过EphA4的配体EphrinA3与EphA4相互作用来调节LTP，从而与神经元进行交流。同时，谷氨酸转运蛋白1 (GLT-1/EAAT2)在LTP后期负责调节细胞外谷氨酸的浓度。EphrinA3和EphA4之间的相互作用也参与GLT-1水平的降低，使正常的突触发生。显然，突触后神经元LTP的诱导需要星形胶质细胞的参与。图1显示了记忆形成过程中突触后神经元-星形胶质细胞通讯的整合模型。

此外，星形胶质细胞也通过其受体在中毒的记忆破坏作用中发挥作用。星形胶质细胞-神经元相互作用的一个典型例子是，体内暴露大ma素激活星形胶质细胞1型大ma素受体(CB1R)诱导谷氨酸释放，进而激活NMDAR，在CA3-CA1突触触发AMPAR内化。这些事件最终导致这些突触产生LTD，改变海马体回路的功能，可能无法处理空间工作记忆(SWM)。值得一提的是，该病例涉及的关键机制在很大程度上取决于星形细胞CB1R的功能，而不是神经元CB1R，这揭示了星形细胞在学习和记忆过程中的关键作用的新的机制观点。

五、星形可塑性

星形胶质细胞本身具有延展性，也表现出可塑性，特别是在激活状态下。在啮齿动物的新皮层突触结构中，30- 60%是星形胶质细胞和神经元之间形成的三方结构。在海马和体感觉皮层IV区，60- 90%的棘突被星形胶质细胞突起包裹。星形细胞可塑性通过细胞过程迁移影响突触形成来控制母乳喂养的潜力是其gong认的例子之一。此外，将人类星形胶质细胞嵌合到小鼠大脑中创造的“超级小鼠"显著增强了它们的突触可塑性，以及快速学习和记忆能力。因此星形细胞的可塑性直接影响突触的可塑性。

为了更好地理解关于星形胶质细胞的不同观点及其与可塑性的关系，我们将与可塑性相关的分子归纳为表1中的三类:星形胶质细胞可塑性(Astroplasticity)、三边结构星形胶质细胞可塑性(Perisynaptic Astroplasticity)和神经元可塑性(Neuroplasticity)。

六、结论

星形胶质细胞通过调节突触和非突触可塑性(星形胶质细胞可塑性)，并通过信号交换与神经元协同工作，在完成大脑神经活动中起着至关重要的作用。关于星形胶质细胞及其在可塑性中的作用的综合研究仍在进行中，即将到来的结果将为我们从多个角度更好地理解大脑高级功能的机制提供机会。