神经科学家近日揭示了一种新型混合细胞，这种细胞介于众所周知的神经元和胶质细胞之间。传统上，胶质细胞（尤其是星形胶质细胞）被认为仅支持神经元功能。然而，最新研究表明，这些细胞能够释放神经递质并直接影响神经回路。这一突破性发现挑战了关于脑细胞功能的传统观念，并为新型治疗策略铺平了道路。

关键发现

• 发现了一种介于神经元和星形胶质细胞之间的新型混合细胞，能够释放神经递质。

• 现代分子生物学技术证实，星形胶质细胞具备快速分泌谷氨酸所需的分子机制。

• 这些混合细胞功能紊乱会影响记忆，与癫痫相关，并为帕金森病的治疗提供了新思路。

来源：洛桑大学

神经科学的重大变革

长期以来，神经科学认为大脑主要由神经元及其快速处理和传递信息的能力驱动。胶质细胞则被认为在支持神经元功能中扮演辅助角色，包括结构支持、能量供应、免疫功能以及稳定生理环境。其中，星形胶质细胞紧密包围突触（神经元之间传递信息的接触点），因此神经科学家推测星形胶质细胞可能在突触传递和信息处理中发挥积极作用。

然而，过去的研究结果存在争议，未能达成科学共识。洛桑大学生物与医学院基础神经科学系和日内瓦Wyss生物与神经工程中心的研究人员通过识别一种具有星形胶质细胞特征并表达突触传递所需分子机制的新型细胞，终结了多年的争论。

解开谜题的关键

为了验证或反驳星形胶质细胞能够像神经元一样释放神经递质的假设，研究人员首先利用现代分子生物学方法分析了星形胶质细胞的分子组成。他们的目标是找到快速分泌谷氨酸（神经元使用的主要神经递质）所需的分子机制。

研究共同负责人、洛桑大学助理教授Ludovic Telley表示：“单细胞转录组学技术的精确性使我们能够证明，在具有星形胶质细胞特征的细胞中存在负责谷氨酸释放的囊泡蛋白VGLUT的转录本。这些转录本在小鼠细胞中被发现，并且在人类细胞中似乎也被保留。”

此外，研究人员还识别了这些细胞中其他关键蛋白质，这些蛋白质对谷氨酸能囊泡的功能及其与其他细胞的快速通信至关重要。

新型功能细胞

接下来，研究人员试图确定这些混合细胞是否具有功能性，即能否以类似于突触传递的速度实际释放谷氨酸。为此，研究团队采用了一种先进的成像技术，能够在脑组织和活体小鼠中可视化囊泡释放的谷氨酸。

研究共同负责人、洛桑大学名誉教授兼Wyss中心客座教授Andrea Volterra表示：“我们发现了一组亚型星形胶质细胞，它们对选择性刺激作出反应，快速释放谷氨酸，且释放发生在细胞的特定区域，类似于突触。”

此外，这种谷氨酸释放对突触传递产生影响并调节神经回路。研究团队通过抑制混合细胞中VGLUT的表达证明了这一点。

研究第一作者、洛桑大学高级研究员Roberta de Ceglia表示：“这些细胞调节神经元活动，控制神经元的通信和兴奋水平。”

研究还表明，如果没有这种功能机制，长期增强（一种涉及记忆形成的神经过程）会受到损害，小鼠的记忆也会受到影响。

与脑部疾病的关联

这一发现的潜在影响延伸至脑部疾病。通过特异性干扰谷氨酸能星形胶质细胞，研究团队不仅证明了其对记忆巩固的影响，还观察到与癫痫等疾病的关联，癫痫发作因此加剧。

此外，研究显示谷氨酸能星形胶质细胞还参与调节与运动控制相关的脑回路，可能为帕金森病提供治疗靶点。

Volterra表示：“在神经元和星形胶质细胞之间，我们现在掌握了一种新型细胞。它的发现为研究开辟了广阔的前景。我们的下一步研究将探索这种细胞在阿尔茨海默病中对记忆损伤的潜在保护作用，以及它在其他区域和疾病中的作用。”

参考文献

Original Research: Open access.
“Specialized astrocytes mediate glutamatergic gliotransmission in the CNS” by Andrea Volterra et al. Nature

摘要
多模态星形胶质细胞-神经元通信调控大脑回路的组装和功能。例如，通过快速释放谷氨酸，星形胶质细胞可以控制突触网络的兴奋性、可塑性和同步活动，同时也参与了神经精神疾病中的失调。为了通过快速局部谷氨酸释放进行通信，星形胶质细胞应具备类似于神经元的Ca2+依赖性胞吐机制。然而，由于数据不一致且缺乏直接证据，这一机制的存在一直受到质疑。本研究通过考虑星形胶质细胞的分子异质性，并结合分子、生物信息学和成像方法以及细胞特异性遗传工具，重新审视了星形胶质细胞谷氨酸胞吐假说。通过分析现有的单细胞RNA测序数据库和我们的patch-seq数据，我们识别了海马星形胶质细胞的九个分子不同簇，其中发现了一个显著亚群，该亚群选择性地表达类似突触的谷氨酸释放机制，并定位于离散的海马位点。利用GluSnFR谷氨酸成像技术，我们在原位和活体中识别了相应的星形胶质细胞亚群，这些细胞对选择性刺激作出反应，在空间精确的热点处发生亚秒级谷氨酸释放事件，这些事件通过星形胶质细胞靶向删除囊泡谷氨酸转运蛋白1（VGLUT1）被抑制。此外，删除该转运蛋白或其同工型VGLUT2揭示了谷氨酸能星形胶质细胞在正常行为和病理过程中对皮质-海马和黑质-纹状体回路的具体贡献。通过揭示成年大脑中这一非典型星形胶质细胞亚群，我们为星形胶质细胞在中枢神经系统（CNS）生理和疾病中的复杂作用提供了新的见解，并确定了潜在的治疗靶点。