星形膠質細胞影響孤獨癥早期大腦中神經元活性的異常同步

發布時間:2022-02-18

  2022211日,《Neuroscience Bulletin》期刊在線發表了題為《星形膠質細胞的縫隙連接促進MeCP2倍增綜合癥模型小鼠大腦中的異常神經元同步活動》的研究論文,該研究由中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心(神經科學研究所)、神經科學國家重點實驗室、上海腦科學與類腦研究中心徐華泰研究組完成。 

  神經元異常同步活動在孤獨癥譜系障礙(Autism spectrum disorder, ASD) 患者大腦中被廣泛檢測到,但是由于同步活動的起源復雜,其在 ASD中異常的神經機制仍不清晰。 

  結合在體雙光子鈣成像技術和多通道電生理膜片鉗記錄,該研究發現星形膠質細胞的縫隙連接顯著促進MeCP2倍增綜合癥模型Tg1小鼠 (常用ASD模型小鼠之一)大腦新皮層中神經元的異常同步化。通過使用在體雙光子鈣成像技術對Tg1小鼠的新皮層進行出生后多個發育時期觀察,作者們發現與野生型小鼠相比,Tg1小鼠皮層神經元在出生后早期表現很高的鈣活動同步性,而在成年期則表現較低的鈣活動同步性。進一步數據表明,在出生后兩周的Tg1小鼠皮層內存在呈現過度活躍狀態的星形膠質細胞,這些活躍的星形膠質細胞會釋放谷氨酸作用于神經元突觸外的NR2B亞型的NMDA受體,使得神經元上產生大幅度的緩慢內向電流 (Slow inward current, SIC)。過度活躍的星形膠質細胞借助于它們之間的縫隙連接,使得對神經元的作用進一步放大,使更多神經元上產生同步的緩慢內向電流,從而促使出生后早期 Tg1小鼠的皮層神經元之間表現較高的同步性活動。如果在出生后早期 Tg1小鼠皮層中阻斷星形膠質細胞之間的縫隙連接則可以顯著降低其神經元上 SIC的出現頻率和神經元之間的鈣活動同步水平。 

  該研究表明星形膠質細胞之間的縫隙連接擴大了過度活躍狀態的星形膠質細胞對神經元的影響,使得在大范圍的神經元上產生了同步的 SIC從而增強了神經元之間的活動同步性。研究結果也展示了星形膠質細胞群體和神經元群體間的相互作用可能在自閉證譜系障礙疾病的發病機制中發揮著重要作用。 

  該研究由博士研究生夏勝楠在徐華泰研究員的指導下完成。本工作得到了中科院、基金委、上海市和科技部的支持。 

  A, 熒光鈣敏感染料Cal-520 AM和星形膠質細胞特異性染料磺胺堿101在體注射至體感皮層后,第2/3層細胞被標記情況的示例圖。 (標尺, 50微米)。B,在(A)示例圖中的所有被染料標記的細胞的輪廓示意圖。C, MeCP2 Tg1小鼠新皮層中不同年齡顯示出不同的神經元活動同步化異常。D, 阻斷星狀膠質細胞的縫隙連接可以恢復年幼Tg1小鼠腦中神經元間的偏高同步化。 

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