CSB：胶质细胞可直接调控神经元间突触联系

100多年来，占人脑10%的神经元—直被认为是形成学习记忆、思维决策等大脑高级功能的“主角”，而占人脑90%的胶质细胞被认为是仅仅对神经元起支持、营养、保护、清除等作用的“配角”。

但加拿大渥太华大学精神健康研究所教授张遐等人最近的实验结果显示，胶质细胞可直接调控神经元间突触联系来主控学习记忆——配角变成了主角。相关文章发表在《科学通报》2012年第32期上。

只被当做配角的胶质细胞

“典型的神经元是大脑皮层和海马区中的锥体神经元，细胞形似古埃及的金字塔；而胶质细胞的主要亚型——星形胶质细胞，则形似夜晚天空中闪烁的星星。”张遐向记者如此描述。

科学家们发现，神经元直接参与了调控所有正常和疾病状态下的脑功能机制，包括睡眠、体温调节等低级脑功能以及学习记忆、思维决策等高级脑功能。神经元传递信息，成为决定脑功能的主角，而胶质细胞是起支持作用的配角。

直到20世纪末，美国的经典教科书仍然认为，胶质细胞是起支持作用的配角，如诺贝尔奖得主埃里克·坎德尔等在2000年第四版《神经科学原理》中明确肯定地定义道，“没有任何证据证明，胶质细胞直接参与脑电信号传递”。

星形胶质细胞直接调节神经元突触电传导活动的直接证据，是进入21世纪以后获得的。

但是，所有证据都是从细胞培养或脑片等离体实验中获得的。“离体实验结果其实与活体真实发生的活动有较大差距。”

南方医科大学教授高天明说，在张遐团队的研究成果发表之前，人们并不知道星形胶质细胞是否可在活体动物中直接调控神经元突触传递电信号。

公认理论无法解释的结果

2008年初，张遐在加拿大的团队观察到，大麻素可在中脑多巴胺能神经元的兴奋性突触诱导活体长时程抑制。

实验结果用当时的公认理论无法解释，这令张遐百思不得其解。

半年后，张遐与武汉同济医院副院长王伟讨论他的疑惑。作为星形胶质细胞研究专家，王伟建议张遐可从星形胶质细胞上找找答案。

于是，张遐带领他的团队将注意力转向胶质细胞。

他们以大麻对脑功能的影响作为切入点，以3种神经细胞特异的基因敲除小鼠为对象进行了实验，还应用了活体电生理记录和行为学测试等技术。

研究发现，大麻通过激活星形胶质细胞上的大麻素Ⅰ型受体，使处理信息的重要区域——大脑海马区的神经元突触传递活动长时间被抑制，进而导致大脑的工作记忆受损。

“研究星形胶质细胞直接调节脑功能活动的主要挑战，是建立一种选择性特异影响星形胶质细胞功能的方法，例如构建星形胶质细胞特异的转基因小鼠。”张遐说。

高天明的团队从5年前开始作胶质细胞研究。他也认为，脑功能研究的最大障碍是技术手段问题。“尤其是胶质细胞，长期被忽略，对其认识非常有限，缺乏研究积累，难度更大。”

神经科学的重要时刻

“我们正处在神经科学研究历史长河中的一个重要时刻——人类刚刚开启探索胶质细胞主控大脑高级功能。”张遐说。

中科院昆明动物研究所研究员徐林认为，通过全面认识神经元和胶质细胞在脑功能过程中的各自分工和特点，尤其是功能调节的各种环节和靶点，能够为脑工作原理和脑疾病的发病机理提供理论基础，而这种理论基础不仅可提供理解现有临床治疗药物的工作原理，也可为研发新的临床药物指明方向。

“大脑的复杂精细程度远远超出我们现有的所有研究手段和策略。”张遐说，“我们至今仍然不清楚大脑进行学习记忆的详尽机制，更对各种脑疾病如精神分裂症、焦虑、抑郁等等所知寥寥。”

迄今为止，人类意识的生物学基础是什么、记忆信息是什么、记忆信息储存在哪里等等问题，都几乎没有找到答案。

徐林说，目前各个科学家均从不同的角度去深入认识大脑奥秘，就如“盲人摸象”，对大脑的了解非常有局限，也极其不完整。

他认为，未来的发展方向是，绘制脑结构联结的“google地图”和“脑功能联结的google地图”。“这是极其复杂而庞大的工程，其困难程度远远超过人类基因组计划、蛋白质组计划等。”

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Key opportunity for brain research: Study on glial regulation of advanced brain functions

ZHANG Xia①②③*, XIONG LiZe②, REN Wei③, WANG Wei④, XU Lin⑤*

Exploring the secrets of the brain has long been a dream of neuroscientists. Our brains consist of neurons and glial cells, which comprise approximately 10% and 90% of total brain cells, respectively. During the past century, neurons have been regarded as the leading brain cells responsible for advanced brain functions such as learning and memory, whereas glial cells have been believed to be supporting brain cells providing supportive, nutritional, protective, and clearing contributions to neurons. However, recent studies have revealed novel functions of astroglial cells, the major subtype of glial cells. This review will discuss recent in vitro evidence showing the direct modula-tion of neuronal synaptic transmission by astroglial cells, evaluate the importance of astroglial regulation of sleep, analyze our recent in vivo data published in the 2012 March issue of Cell demonstrating direct regulation of working memory by astroglial cells, and comment on their scientific inspiration: we are now witnessing a crucial time in neuroscience research history in which mankind is starting to explore the active regulation of advanced brain functions by glial cells.