一、突觸可塑性

神經(jīng)元在學(xué)習和記憶等高級大腦功能中的作用已經(jīng)得到了很好的證實(shí)。加拿大心理學(xué)家唐納德·赫布(Donald Hebb)提出的赫布學(xué)習定律(Hebb’s law of learning)揭示，大腦記憶的物質(zhì)基礎是突觸的可塑性。突觸可塑性最初是指神經(jīng)元間突觸連接在形態(tài)和功能上的改變，主要表現為長(cháng)時(shí)程增強(LTP)和長(cháng)時(shí)程抑制(LTD)。當兩個(gè)神經(jīng)元連接在一起并產(chǎn)生神經(jīng)沖動(dòng)時(shí)，它們之間的突觸傳遞就會(huì )增強，從而導致更有效的神經(jīng)元激活。LTP是突觸可塑性的主要形式，LTP和LTD都是學(xué)習和記憶等高級腦功能的生物學(xué)基礎。

二、星形膠質(zhì)細胞和突觸可塑性

在發(fā)現神經(jīng)元在大腦高級活動(dòng)中的各種功能后，星形膠質(zhì)細胞也被發(fā)現與大腦的高級功能密切相關(guān)。20世紀50年代，阿爾伯特·愛(ài)因斯坦qu世后，人們發(fā)現他的大腦與正常人的大腦wei一不同之處在于星形膠質(zhì)細胞及其過(guò)程的數量和大小更大。因此，假設星形膠質(zhì)細胞在大腦的高級功能中發(fā)揮重要作用。在過(guò)去的二十年里，星形膠質(zhì)細胞的研究取得了重大進(jìn)展。隨著(zhù)星形膠質(zhì)細胞在高級腦功能中的作用越來(lái)越清晰，它們在突觸可塑性中的作用也得到了證實(shí)。突觸可塑性的定義也得到了擴展和發(fā)展。本文總結了星形膠質(zhì)細胞主要通過(guò)鈣信號、膠質(zhì)遞質(zhì)的釋放、與神經(jīng)元的相互作用以及星形膠質(zhì)細胞的可塑性等幾個(gè)方面在突觸可塑性中發(fā)揮重要作用。

三、鈣信號和膠質(zhì)遞質(zhì)的釋放

早期的研究表明，星形膠質(zhì)細胞中的鈣信號通過(guò)誘導星形膠質(zhì)細胞谷氨酸釋放來(lái)調節突觸可塑性，而谷氨酸釋放通過(guò)作用于突觸外的NMDA受體，導致微型突觸后電流(PSCs)頻率的NMDA受體依賴(lài)性增加。2004年有報道稱(chēng)，星形膠質(zhì)細胞釋放谷氨酸可在CA1區錐體神經(jīng)元上誘發(fā)AMPA受體介導的自發(fā)性興奮性PSCs，從而調節突觸可塑性。此外，感覺(jué)或電刺激引起的體內膽堿能活性升高海馬星形膠質(zhì)細胞中鈣離子的濃度，進(jìn)而通過(guò)釋放谷氨酸誘導海馬CA3-CA1突觸LTP。

除了谷氨酸，星形膠質(zhì)細胞在Ca2+升高后還釋放其他膠質(zhì)遞質(zhì)，zuitu出的是d -絲氨酸，NMDA受體的協(xié)同激動(dòng)劑和ATP。已經(jīng)證明，星形膠質(zhì)細胞釋放d -絲氨酸控制鄰近興奮性突觸中nmdar依賴(lài)的可塑性。此外，突觸傳遞的LTP也依賴(lài)于星形膠質(zhì)細胞釋放d -絲氨酸。

此外，星形膠質(zhì)細胞釋放的ATP調節動(dòng)物模型中的抑郁樣行為，很可能調節患者的臨床抑郁。此外，星形膠質(zhì)細胞ATP釋放減少導致P2X2Rs對內側前額葉皮層(mPFC) gabaergy中間神經(jīng)元的刺激減少，從而減少gabaergy抑制并提高興奮性。星形膠質(zhì)細胞ATP的釋放在星形膠質(zhì)細胞-神經(jīng)元的相互通訊中無(wú)疑是重要的。

除了上面討論的典型膠質(zhì)遞質(zhì)外，乳酸也是一種重要的膠質(zhì)遞質(zhì)，尤其是對突觸后神經(jīng)元。通過(guò)糖原分解，星形膠質(zhì)細胞將糖原轉化為乳酸，并通過(guò)MCT1或MCT4轉運體釋放到突觸中。然后神經(jīng)元就可以通過(guò)它們的MCT2轉運體吸收它們。乳酸是星形膠質(zhì)細胞提供的一種額外的代謝能量形式，可促進(jìn)神經(jīng)元生長(cháng)和調節突觸可塑性。

四、通過(guò)與神經(jīng)元的相互作用影響突觸傳遞

除了通過(guò)釋放膠質(zhì)遞質(zhì)調節神經(jīng)元活動(dòng)外，星形膠質(zhì)細胞還通過(guò)位于細胞外表面的星形膠質(zhì)細胞受體與神經(jīng)元相互作用，在突觸傳遞中發(fā)揮作用。例如，有人指出星形細胞對突觸的調節主要基于細胞內Ca2+依賴(lài)性過(guò)程以及受體激活的結果，特別是I組代謝型谷氨酸能受體(mGluRs)。其中，5亞型受體(mGluR5)是在星形細胞過(guò)程中感知谷氨酸突觸釋放的主要受體，而不是神經(jīng)元上低親和力且快速脫敏的AMPAR。星形膠質(zhì)細胞在基礎突觸傳遞過(guò)程中通過(guò)mGluR5激活后，通過(guò)突觸前腺苷A2A受體激活提高CA1錐體細胞的傳遞效率，提示其直接參與神經(jīng)元對突觸傳遞的調節。

P2X和P2Y受體是與ATP結合的特異性受體，在神經(jīng)元和星形細胞細胞膜上均有表達。星形膠質(zhì)細胞中表達的P2YRs參與維持神經(jīng)功能和星形膠質(zhì)細胞-神經(jīng)元通訊。P2Y1Rs的刺激會(huì )減弱PFC中星形細胞的NMDAR電流，但ATP激活P2Y4Rs會(huì )釋放星形細胞中的泡狀谷氨酸，從而促進(jìn)NMDAR電流的產(chǎn)生。此外，星形膠質(zhì)細胞P2X7R被ATP激活后，會(huì )釋放谷氨酸、γ -氨基丁酸(GABA)等其他膠質(zhì)遞質(zhì)，刺激鄰近神經(jīng)元，調節神經(jīng)元功能。

此外，在突觸中表達的一個(gè)名為ephrinb和Eph受體的跨膜蛋白家族曾被認為調節突觸的傳遞和可塑性。它們除了存在于海馬體CA1神經(jīng)元上外，還被確定在海馬體星形膠質(zhì)細胞上表達，調節d -絲氨酸的合成和釋放。此外，研究發(fā)現星形膠質(zhì)細胞通過(guò)EphA4的配體EphrinA3與EphA4相互作用來(lái)調節LTP，從而與神經(jīng)元進(jìn)行交流。同時(shí)，谷氨酸轉運蛋白1 (GLT-1/EAAT2)在LTP后期負責調節細胞外谷氨酸的濃度。EphrinA3和EphA4之間的相互作用也參與GLT-1水平的降低，使正常的突觸發(fā)生。顯然，突觸后神經(jīng)元LTP的誘導需要星形膠質(zhì)細胞的參與。圖1顯示了記憶形成過(guò)程中突觸后神經(jīng)元-星形膠質(zhì)細胞通訊的整合模型。

此外，星形膠質(zhì)細胞也通過(guò)其受體在中毒的記憶破壞作用中發(fā)揮作用。星形膠質(zhì)細胞-神經(jīng)元相互作用的一個(gè)典型例子是，體內暴露大ma素激活星形膠質(zhì)細胞1型大ma素受體(CB1R)誘導谷氨酸釋放，進(jìn)而激活NMDAR，在CA3-CA1突觸觸發(fā)AMPAR內化。這些事件最終導致這些突觸產(chǎn)生LTD，改變海馬體回路的功能，可能無(wú)法處理空間工作記憶(SWM)。值得一提的是，該病例涉及的關(guān)鍵機制在很大程度上取決于星形細胞CB1R的功能，而不是神經(jīng)元CB1R，這揭示了星形細胞在學(xué)習和記憶過(guò)程中的關(guān)鍵作用的新的機制觀(guān)點(diǎn)。

五、星形可塑性

星形膠質(zhì)細胞本身具有延展性，也表現出可塑性，特別是在激活狀態(tài)下。在嚙齒動(dòng)物的新皮層突觸結構中，30- 60%是星形膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元之間形成的三方結構。在海馬和體感覺(jué)皮層IV區，60- 90%的棘突被星形膠質(zhì)細胞突起包裹。星形細胞可塑性通過(guò)細胞過(guò)程遷移影響突觸形成來(lái)控制母乳喂養的潛力是其gong認的例子之一。此外，將人類(lèi)星形膠質(zhì)細胞嵌合到小鼠大腦中創(chuàng )造的“超級小鼠"顯著(zhù)增強了它們的突觸可塑性，以及快速學(xué)習和記憶能力。因此星形細胞的可塑性直接影響突觸的可塑性。

為了更好地理解關(guān)于星形膠質(zhì)細胞的不同觀(guān)點(diǎn)及其與可塑性的關(guān)系，我們將與可塑性相關(guān)的分子歸納為表1中的三類(lèi):星形膠質(zhì)細胞可塑性(Astroplasticity)、三邊結構星形膠質(zhì)細胞可塑性(Perisynaptic Astroplasticity)和神經(jīng)元可塑性(Neuroplasticity)。

六、結論

星形膠質(zhì)細胞通過(guò)調節突觸和非突觸可塑性(星形膠質(zhì)細胞可塑性)，并通過(guò)信號交換與神經(jīng)元協(xié)同工作，在完成大腦神經(jīng)活動(dòng)中起著(zhù)至關(guān)重要的作用。關(guān)于星形膠質(zhì)細胞及其在可塑性中的作用的綜合研究仍在進(jìn)行中，即將到來(lái)的結果將為我們從多個(gè)角度更好地理解大腦高級功能的機制提供機會(huì )。