范文一:神经胶质细胞的功能
神经胶质细胞的功能,生物学基础知识与参考资料,
王 渊 汪 明 约1457字
神经胶质细胞,简称胶质细胞,是神经组织中除神经元以外的另一大类细胞,也有突起,但无树突和轴突之分,广泛存在于神经组织中。在哺乳类动物中,神经胶质细胞与神经元的细胞数量比例约为10:1,胶质细胞数量为神经元的10,50倍,而总体积与神经元的总体积相差无几(神经元约占45,,神经胶质细胞约占50,)。
自1846年科学家发现神经胶质细胞以来,传统观念一直认为中枢神经系统内信息的传递与整合是由神经元网络完成,神经胶质细胞仅起支持、营养及协助代谢等作用。但是近年来科学家的研究发现神经胶质细胞参与突触的形成,并调节突触传递,参与神经元的发生并与神经元之间有信息传递。它们在思维和学习过程中扮演着几乎和神经元一样重要的角色。
简单的神经胶质细胞,在20世纪90年代被重新认识,研究得出了一系列的新的功能:
?支持作用。在中枢神经系统中,除小血管周围有结缔组织外,其余均由神经胶质细胞通过缝隙连接形成三维网络状结构交织成网,支持神经元和神经纤维。
?修复和再生作用。中枢神经病变时,小胶质细胞能转变成巨噬细胞,清除变性的神经损伤碎片;而星形胶质细胞则能增生形成胶质瘢痕,填充缺损,起修复和再生作用。
?物质代谢和营养作用。第一、中枢神经细胞间隙小,星形胶质细胞通过突起连接毛细血管与神经元,对神经元起运输营养物质和排出代谢产物的作用。第二、星形胶质细胞能分泌神经营养因子,维持神经元的生长、发育和分化。
?绝缘屏障作用。第一、神经纤维髓鞘是由少突胶质细胞和施万细胞形成的,起绝缘保护作用。第二、星形胶质细胞的血管周足是构成血脑屏障的重要组成部分,在屏障的诱导生成和形态维持中发挥重要作用。
?维持合适的离子浓度。当细胞外K+浓度过高时,胶质细胞膜Na-K泵的活动就加快,从而将胞外过多的K+泵入胞内,并通过缝隙连接将其分散到其他神经胶质细胞,以维持细胞外合适的K+浓度,这样有助于神经元电活动的正常进行。维持了神经元与神经胶质细胞之间的普遍稳态。
?参与神经递质的代谢。神经胶质细胞能摄取和转化多种神经元释放的递质,如多巴胺(GABA),谷氨酸(Glu)等氨基酸递质,神经胶质细胞可以把Glu转换为谷氨酰胺(Gln)后再运到神经元,既消除了Glu,又为神经元合成递质提供前体,保持了突触传递的敏感性。
?胶质细胞和跨膜信号转导。第一、胶质细胞膜上有离子通道受体:G蛋白耦联受体,它能接受神经元的信号,并通过自身代谢、功能及形态的改变,从而影响神经元的功能和活动。第二、胶质细胞能产生核因子,它是一个重要的信号转导因子,它直接把信号转入细胞核内、到达目的基因,是胶质细胞和神经元在基因水平进行对话的语言分子。
?调节神经元活动。1997年的Science杂志首次报道了胶质细胞能增加突触数量和传递效能。胶质细胞可以影响Glu的清除,进而影响神经突触前动作电位,导致过量Ach释放时,经Ach结合蛋白,影响突触传递。
?免疫应答作用。当神经系统受到感染时,小胶质细胞可转化成巨噬细胞;同时星形胶质细胞膜上有主要组织相容复合物II(MHC-II)类蛋白与抗原结合,将抗原呈递给效应T细胞(Tc),产生免疫应答作用。
目前有关神经胶质细胞的研究已经形成一个热点,神经胶质细胞具有多样化的结构以及复杂的功能,与神经元之间形成密切的功能性网络,共同维持神经系统的稳态。神经系统的任何功能都离不开神经胶质细胞的作用。神经胶质细胞的作用还在日益更新,它必将成为脑科学研究的一大突破口。
范文二:星形胶质细胞的生物学功能
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文章编号: 1000-1336(2010)01-0012-06
星形胶质细胞的生物学功能
徐 伟 徐 钤
南方医科大学药学院、广东省新药筛选重点实验室,广州 510515
摘要:人类大脑由两类细胞组成:一类是神经元,另一类是神经胶质细胞。神经胶质细胞的数量约为神经元的10倍,但其作用长期以来一直被认为仅限于在神经元之间充当填充物,填满大脑中的剩余空间,同时为神经元提供营养。但近年来认识到神经胶质细胞的主要成员星形胶质细胞能够感知外界刺激,它的反应选择性甚至高于相邻神经元。神经元的反应活动很多都要经过星形胶质细胞的介导才能完成。本文介绍了星形胶质细胞在神经调制、突触调节和神经血管系统偶联方面的一些新进展,以期在不久的将来对星形胶质细胞的功能有更深入的了解,并能应用于临床实践。
关键词:神经元;神经胶质细胞;星形胶质细胞;功能;脑血流中图分类号:Q291
几十年来一向认为星形胶质细胞是脑中的非兴奋型支持细胞。然而,在最近20年中这个观念已发生了根本性的改变。目前认为这些细胞在各个区域中被分别组织起来,具有活性作用,特别是能调节星形胶质细胞中“神经胶质递质”的释放,包括谷氨酸等。这是星形胶质细胞以前不知道的功能。现在认为星形胶质细胞是脑的局部交通元件,能够发出各种调节信号,并能沟通神经元和血管系统的联系[1],形成神经胶质-血管系统网状结构,从而不但形成了脑的结构,而且也构成了脑的联络途径、可塑性、和刺激的阈值。另外,星形胶质细胞将皮层和皮层下灰质区分为各个功能小区,这实际上形成了更高一级的神经胶质血管单位。通过相互协调的神经胶质的信号,这些高级单位可以与局部的神经活动度和血流程度相配合。这样一来,星形胶质细胞就能够建立起成年脑功能上和结构上的构造单位[2]。
1. 星形胶质细胞在神经调制(neuromodulation)过程中的功能
收稿日期:2009-04-27
作者简介:徐 伟 (1981-),女,博士,讲师,E-mail:weixugd@gmail.com;徐 钤(1925-),男,博士,教授,通讯作者,E-mail: xuqianmail@163.com
神经调制是脑的一个基本过程,它调节突触传播、神经元网络的活性和行为。星形胶质细胞能够察知神经元活性的水平,并释放出化学递质以影响神经元的功能。例如,最近发现星形胶质细胞能调节神经元的兴奋性和产生体内平衡的可塑性。Fellin[3]认为对于神经元的功能方面,从单个突触的活性到神经元网络的活性,星形胶质细胞发送到神经元的信号是很重要的。Seth等[4]认为,星形胶质细胞的功能很多,包括控制突触的形成和功能、大脑血管张力的调节、免疫调节、和成年时的神经生长。
神经元-星形胶质细胞之间的双向交流对于轴索传导、突触传播和信息处理都是必需的,所以对于发育期和整个成年期内神经系统的正常功能都是必要的。神经元-星形胶质细胞之间的信号(包括流动的离子、神经递质、细胞粘附分子和特异性信号分子)都是从神经元的突触和非突触区释出的。与沿着神经元链流动的系列信息流不同,星形胶质细胞能通过细胞间的钙波和细胞间化学信使的弥散与其他星形胶质细胞进行交流。通过释出神经递质和其他细胞外信号分子,星形胶质细胞能够影响神经元的应激性、突触传播和协调神经元网络的活动[5]。
以前有关星形胶质细胞生理学的研究主要来自细胞培养和组织切片,我们很难知道完整的正常脑
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中星形胶质细胞的功能。而且,从不同形式的组织往往得到互相矛盾的结果[6-8]。感觉和行为状态如何能决定星形胶质细胞的兴奋性,和如何能进而影响到脑的生理呢?这些问题用体外培养的实验是无法解决的。一般要用荧光显微镜术,特别是双光子显微镜术才能真正研究完整的脑。2. 星形胶质细胞对突触的调节作用
星形胶质细胞的突起包围了很大一部分神经元的突触,且绝大部分是谷氨酸能突触[9]。在脑皮层中,一个星形胶质细胞的突起可能包围一百万个以上的突触,而且一个星形胶质细胞的范围通常不与另一个相重叠[10],所以星形胶质细胞之间的相互联系就仅限于在其范围边缘处形成的缝隙连接处。可见星形胶质细胞和神经元有如此紧密的联系,外加在其细胞表面上有所有神经递质的受体,因此能够监测到神经元活动水平的变化。
星形胶质细胞能调节突触的传播和可塑性。Haber等[11]发现,星形胶质细胞能够很快地伸出和缩回很细的突起,接触或脱离能动的突触后树状突起。星形胶质细胞的能动度依赖于其细胞骨架中肌动蛋白的重组作用。Haydon等[12]认为,在许多突触处,一个星形胶质细胞的突起能和突触前和突触后神经元的突起联系,故这个突触结构就命名为“三联突触”,这样,这些星形胶质细胞就能够影响突触的传播。Haydon等[12]甚至认为星形胶质细胞也能调节某些毒瘾的作用,希望能进一步了解星形胶质细胞如何对成瘾药物发生反应,改变成瘾脑的功能,从而解除吸毒人员的毒瘾。2.1 作为神经递质的谷氨酸
作为神经递质的谷氨酸对神经元有明显的作用,这是由星形胶质细胞所控制的。星形胶质细胞负责谷氨酸前体的合成、释出谷氨酸的回收、和过多谷氨酸的处理。没有星形胶质细胞的参与,就不可能有谷氨酸能神经元的正常功能。例如,抑制了星形胶质细胞特异性代谢途径可使正常的视觉和学习功能几乎立即停止。此外,星形胶质细胞对于神经保护性谷胱甘肽的产生是必须的,并在缺血时能维持谷氨酰胺的合成和神经毒性的谷氨酸在神经元中的合成,从而使神经元死亡[13]。
在突触处,星形胶质细胞和神经元之间有动态的双向交流。从突触前神经元释出的神经递质促使
邻近星形胶质细胞中Ca2+浓度升高。激活的星形胶质细胞又释出神经递质,包括谷氨酸和ATP。这些星形胶质细胞的递质反馈到突触前神经末稍上,能增强或减弱神经递质的进一步释放。星形胶质细胞释出的递质亦能直接刺激突触后神经元,产生兴奋性或抑制性反应。所以星形胶质细胞应视为突触处的活性参与者,能够动态调节突触的传导[14]。
已知星形胶质细胞在突触处能控制细胞外谷氨酸的浓度,但对如何清除沿着轴突途径的谷氨酸则知之不多,虽然有发生局部兴奋毒性的报告。Goursaud等[15]对培养的大脑白质(胼胝体)和灰质(皮质结构)的星形胶质细胞进行了比较,发现这两种星形胶质细胞有不同的表型,分别为星形和原生质形。此外,白质星形胶质细胞具有高密度的中间细纤维蛋白质,如胶质原纤维酸性蛋白质、波形蛋白(vimentin)和巢蛋白(nestin)。谷氨酸、天冬氨酸转运体、谷氨酸转运体-1以及谷氨酰胺合成酶均存在于白质星形胶质细胞中,并以较高水平表达(与灰质星形胶质细胞相较)。Goursaud等[15]进一步研究发现,白质细胞摄取天冬氨酸的能力要比灰质细胞高3~4倍,而且谷氨酸转运体-1有相当高的活性,而在灰质细胞中此转运体的活性极低。更有甚者,谷氨酸受体5型的表达在白质星形胶质细胞中要高很多,而且用激动剂(S)-3,5-二羟苯甘氨酸可激发细胞内钙大量释出而且在能激发星形胶质细胞活性的实验条件下,仍可见到这两种星形胶质细胞的不同。被释放到细胞外的谷氨酸,特别是沿着轴索的谷氨酸,在局部有兴奋性毒性作用,而来自白质的星形胶质细胞要比灰质的星形胶质细胞更有能力处理兴奋毒性的危害。在体外,当将这些细胞处于模拟神经胶质环境的条件下时,参与控制谷氨酸能传播的那部分星形胶质细胞的表达和活性就会增强[15]。
星形胶质细胞能广泛表达与G-蛋白偶联的受体,包括P2Y、缓激肽(bradykinin)和蛋白酶活化受体(protease activated receptor, PAR),能激发细胞内Ca2+的释出。Lee等[16]报道,P2Y受体、缓激肽受体和蛋白酶活化受体的激活都能从星形胶质细胞中释出谷氨酸。在星形胶质细胞中,PAR1有明显的表达,并且与神经病理学过程有高度的相关性。在体外,星形胶质细胞PAR1介导的谷氨酸的释出依赖于Ca2+,并能活化培养中星形胶质细胞邻近神经元上的
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NMDA受体。海马切片中星形胶质细胞PAR1能在CA1神经元中诱导出D-2-氨基-5-磷酸基戊酸(D-2-amino-5-phosphonovaleric acid, APV)敏感的内向流,并引起APV敏感的神经元去极化作用,这与有谷氨酸自星形胶质细胞中释出是相符合的。Lee等认为[11],星形胶质细胞的G-蛋白与能增高细胞内Ca2+的受体相偶联,调整突触N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartic acid, NMDA)受体的反应。据Gurden等[17]报道,气味能引起内源性视觉信号(intrinsic opticalsignal,IOS)的发生,同时释出谷氨酸。这种IOS并不通过谷氨酸受体的突触后传导途径,而且当星形胶质细胞的谷氨酸转运体的摄入作用被阻断后即被抑制。这提示,突触前谷氨酸的释出及其被星形胶质细胞所摄取形成了一个重要的通路,通过这个通路神经活动才能和代谢过程联系起来,并因而与功能性成像信号相联系。通过释放谷氨酸和ATP,星形胶质细胞能直接兴奋神经元和调整突触的传播。Kozlov等[18]发现,在大鼠的嗅球中,星形胶质细胞释出的γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid, GABA)可引起僧帽细胞和颗粒细胞的持久和同步抑制。
此外,NMDA受体在兴奋型神经传递中起主要作用。除了谷氨酸和甘氨酸外,NMDA受体的主要共兴奋剂还有D-丝氨酸。Wolosker[19]指出,神经元和星形胶质细胞都是来源于NMDA,并提出神经元和星形胶质细胞之间有D-丝氨酸的双向交流。星形胶质细胞能释放谷氨酸,引起颗粒细胞NMDA受体的选择性激活。所以,星形胶质细胞能通过兴奋性和抑制型神经递质对嗅觉网状结构进行复杂的调控。2.2 细胞内Ca2+的变动
Ca2+信号是星形胶质细胞兴奋性的主要形式。目前广泛使用内源性的或合成的荧光离子指示剂来观察细胞内Ca2+浓度的变化。星形胶质细胞表达多种不同受体来感受细胞外液中成分的变化。许多不同的激素和递质,包括谷氨酸和ATP,能使Ca2+升高[20]。内浆网是重要的细胞内Ca2+储存处,因此内浆网在细胞内的分布可影响Ca2+储存。Pivneva等[8]证明,海马组织中星形胶质细胞的内浆网主要分布在细胞浆中接近细胞质膜处,而在培养的星形胶质细胞的内浆网却紧贴着细胞核膜。在Ca2+被释出后,原位和培养的星形胶质细胞都必然要将Ca2+储回内浆网中,但奇怪的是,这种回储现象不能在原位星
形胶质细胞中见到,而可在培养的星形胶质细胞中见到。这可能是因为在原位星形胶质细胞中Ca2+的回储很少影响到胞浆中Ca2+的水平。星形胶质细胞还能通过释放Ca2+远距离发送细胞间信号。体外实验证明星形胶质细胞能在脑的许多区域调节突触的活动,特别是星形胶质细胞中Ca2+增多会同时伴有神经活性分子和神经递质(例如ATP、细胞因子、血管活性化合物、D-丝氨酸和谷氨酸)的释出[20]。Navarrete等[21]亦指出神经元-星形胶质细胞之间信息的交流依赖于星形胶质细胞表达的神经递质受体。这提示星形胶质细胞可能在调节神经元的活性和行为中起重要作用。Perea等[22]也指出星形胶质细胞在脑的生理学中有很大作用,这些细胞对神经递质起反应,并能调节神经元的兴奋性和突触的功能。这些都提示星形胶质细胞在调节神经元的活性和行为中起重要作用。
感觉刺激是引起星形胶质细胞中钙离子变化的信号。例如,Wang等[23]指出,胡须的感觉刺激可引起成年大鼠大脑皮层中星形胶质细胞胞液中Ca2+的增高。星形胶质细胞中Ca2+增高是很迅速的,发生在几秒钟内,且其增高的量随刺激的频率而变,并可被谷氨酸受体拮抗剂所抑制。但即便在胡须刺激的反应中兴奋性突触后电流显著减弱时,这些拮抗剂也不能减弱星形胶质细胞的Ca2+反应。所以,通过谷氨酸的溢出或异位释放,星形胶质细胞能对突触输入产生应答,而且星形胶质细胞中Ca2+的增多与突触后兴奋活性无关。
星形胶质细胞的兴奋性取决于其细胞内Ca2+浓度的变化。Ca2+可引起谷氨酸的释放,并发放信号给邻近的神经元。星形胶质细胞中Ca2+浓度处于生理性水平时,谷氨酸介导的星形胶质细胞-神经元信号能调控突触的传播。谷氨酸从星形胶质细胞中的释出具有Ca2+依赖性,而且是一种细胞外吐作用。星形胶质细胞能表达小突触小泡蛋白2(synaptobrevin 2)、突触融合蛋白(syntaxin)、和23 kDa的突触小体相关蛋白(synaptosome-associated protein)等。这些蛋白质介导谷氨酸从星形胶质细胞中的释出,但尚不清楚星形胶质细胞是否能表达活性小泡谷氨酸转运蛋白,而小泡谷氨酸转运蛋白是小泡重新充盈的关键。Montana等[24]发现,在培养的和新分离的星形胶质细胞中存在着脑中特有的,与分化
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有关的两种Na+依赖性无机磷酸盐协同转运蛋白:小泡谷氨酸转运蛋白(vesicular glutamate transporter,VGLUT)1和2。免疫化学实验结果显示VGLUT在整个细胞体及其突起中呈点状分布。VGLUT对于从星形胶质细胞中释出谷氨酸的细胞外吐作用是不可或缺的。
2.3 细胞外ATP的作用
从轴索释出的细胞外ATP产生外周神经系统中神经元和雪旺氏细胞之间的活性信号。Zhang等[25]报道,从星形胶质细胞中释出的ATP能通过影响神经元的活性,调控中枢突触的传播。在海马神经元的培养物中,内源性释出的ATP能通过突触前P2Y受体持续遏制谷氨酸能突触,这个效应依赖于共同培养的星形胶质细胞的存在。神经元活动时谷氨酸的释出也能活化邻近星形胶质细胞的非NMDA(N-甲基-D-天门冬氨酸)受体,并触发ATP自这些细胞中释出,这又进而引起同一和非同一突触的遏制。在海马的椎体神经元中,腺苷亦可产生类似的突触遏制作用,而腺苷是星形胶质细胞释出的ATP的降解产物。所以,神经元-神经胶质的相互交流可以调控突触的活性[25]。
来自星形胶质细胞的D-丝氨酸通过作用于NMDA受体的甘氨酸结合位点,能够调整突触的可塑性。同样来自星形胶质细胞的ATP则在细胞外被水解为腺苷,从而发挥突触遏制作用。然而同一个神经胶质细胞所提供的兴奋信号(谷氨酸)和抑制信号如何能一致性地调节神经元的功能尚需研究。3. 神经血管系统偶联
神经元的活性可引起局部血流的改变。这个反应被称为神经血管系统偶联,并被广泛用于监测人脑的功能和病理诊断。但以前对其细胞学机制并不了解。最初,Couraud[26]发现,大脑的毛细血管亦被星形胶质细胞的许多突起所包围,从而加强了对血脑屏障的调节作用。血管周围的星形胶质细胞和小神经胶质细胞、以及脑中的血管内皮细胞能在局部产生某些细胞因子,增进血脑屏障的通透性。除了围绕神经元的突触之外,皮层星形胶质细胞的突起还能形成围绕血管的基板上的终钮(astrocyticendfeet)。此外,某些星形胶质细胞还在软脑膜动脉处形成终钮。由此可见,星形胶质细胞在神经元网络和血管网络这两个互不连通的网络之间形成一个
桥梁。星形胶质细胞的终钮覆盖着绝大部分大脑血管的表面[27]。星形胶质细胞的这种中介功能提示这种细胞在神经系统对血流和能量代谢过程的调节中起关键作用,这是功能性脑成像信号的基础[27,28]。3.1 星形胶质细胞能扩张和收缩血管
Metea等[29]发现,在哺乳动物视网膜中光线的刺激和星形胶质细胞的刺激二者均能引起小动脉的扩张或收缩。光线引起的和星形胶质细胞引起的血管扩张均可被细胞色素P450环加氧酶(环氧二十碳三烯酸合成酶)抑制剂所阻断。相反,血管收缩则可被ω-羟化酶的抑制剂所阻断(此酶能合成20-羟二十碳四烯酸)。一氧化氮能影响光刺激或神经胶质刺激而产生的血管扩张或血管收缩。当神经元到神经胶质细胞的信号被一个嘌呤能拮抗剂所阻断时,光线引起的血管活性就可能被阻断[29]。这些都证明星形胶质细胞引起了神经血管系统偶联,并提示它们对血流的调节包括血管扩张和血管收缩两方面。3.2 星形胶质细胞能控制大脑血液循环
神经活动增强时局部血流增强是功能性脑成像的基础。Takano等[30]指出,星形胶质细胞控制着局部微循环,并在神经活动增强时引起血管扩张。Haydon等[31]报道,星形胶质细胞控制着突触传递和神经血管系统的偶联。一个星形胶质细胞的突起能和几万个突触相接触,而且还有其他突起的末梢停留在毛细血管和小动脉上。星形胶质细胞上有许多神经递质的受体,这些受体的活化可引起细胞内Ca2+浓度的变化,引起花生四烯酸的堆积和化学递质(谷氨酸、D-丝氨酸和ATP)的释出。星形胶质细胞突起末梢中Ca2+的变化能通过花生四烯酸的代谢物(前列腺素E2和环氧二十碳三烯酸)引起小动脉扩张,并通过20-羟二十碳四烯酸引起小动脉收缩,从而控制大脑微循环。除了对血管系统的作用外,从星形胶质细胞释出的化学递质还能调节神经元的功能:来自星形胶质细胞的谷氨酸主要作用于突触外的受体,能够促进神经元的同步现象、增强神经元的兴奋性、和调整突触的传递;D-丝氨酸可通过作用于NMDA受体上的甘氨酸结合位点调整突触的可塑性;ATP在细胞外被水解为腺苷,后者有抑制作用,并能介导异突触遏制作用(heterosynapticdepression)[31]。由此可见,星形胶质细胞能调节神经元的整合作用,兴奋信号(谷氨酸)和抑制信号(腺苷)
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二者均由同一个星形胶质细胞提供,并与神经元的功能相协调。脑的正常功能依赖于氧和葡萄糖的供应,而各种神经血管控制机制保证脑有足够的血液供应。所以,星形胶质细胞能感知神经元的活动,可以说,神经元的活动能控制脑中微循环是依靠星形胶质细胞的中介。
突触的活性触发了邻近星形胶质细胞的细胞内钙离子浓度升高,引致ATP和谷氨酸的释放。释出的ATP介导了Ca2+波在邻近的星形胶质细胞之间的传播,募集它们,使得神经元活动能产生足够的脑血管应答。同时,星形胶质细胞中谷氨酸的摄入产生了Na+波,并随后增加了葡萄糖的摄入和新陈代谢,从而引起乳酸的生成,后者被输送到神经元中作为能量的底物。此外,星形胶质细胞Ca2+浓度的升高能引起血管周围的突触小结分泌扩血管物质(例如环氧二十碳三烯酸、腺苷、NO、环加氧酶-2代谢物等),造成局部血流增加。所以,通过释放血管活性分子,星形胶质细胞能介导神经元-星形胶质细胞-内皮信号通路,并在神经血管系统偶联中起很大的作用。4. 展望
星形胶质细胞是大脑神经胶质中重要的细胞组成成分,其功能长期以来一直被认为仅限于为神经元提供营养。最近二十年来才发现这些细胞有非常重要的功能,但是其生理学至今还有许多不明白的地方,需要我们今后去研究。特别是星形胶质细胞如何能作为大脑的极其复杂的功能的承担者之一,及其在临床上的应用。例如,麻醉剂对脑血流的影响就值得我们很好关注,在清醒和麻醉状态下星形胶质细胞的Ca2+兴奋及其对血流的调节作用有什么不同等。弄清这些问题无疑对解决当前世界上毒品泛滥的问题有所贡献。
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Biological functions of astrocytes
Wei Xu, Qian Xu
Institute of Pharmacology, Southern Medical University, Guangzhou 510515, China
Abstract The human brain is composed of two categories of cells, neurons and neuroglia. The number of neuroglia is about 10folds of that of neurons, and the former is thought to only function as the support network and nutrient supplier for neurons.Recently, however, it is recognized that the main cell component of neuroglia, astrocytes, also can respond to external stimuli,and their sensitivity is even higher than that of the neighboring neurons. More importantly, it was found that astrocytes wereinvolved in the reactivity of neuron. This review summaries the new advances in the study of the functions of astrocytes,including neuromodulation, synaptic transmission and neurovascular connection to provide insight of the function of astrocytes,and facilitate the clinical application.
Key words neuron; neuroglia; astrocyte; function; blood stream of brain
范文三:神经胶质细胞新功能的研究
题目:神经胶质细胞新功能的研究
报告人:段树民? 中科院院士
中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所 研究员,神经科学国家重点实验室主任,中科院院士,全国政协委员
主持人:罗焕敏教授?? 医学院常务副院长
时间:2008年6月6日(周五)下午3:00
地点:医学院三楼多功能厅
欢迎大家参加!
暨南大学医学院
暨南大学脑科学研究所
二00八年六月三日
段树民院士简历
段树民院士,中国科学院院士,中国科学院“百人计划”获得者,1982年毕业于蚌埠医学院,获得医学学士学位,1985年毕业于南通医学院,获得生理学硕士学位,1991年毕业于日本九洲大学,获得医学博士学位;1995年—1996在年日本九洲大学做特别研究员,1996--1999年先后在美国夏威夷大学Bekesy实验室及美国加州大学旧金山分校神经科实验室做访问学者。现任职于中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所,神经科学国家重点实验室主任。
段院士在突触可塑性及神经元-胶质细胞相互作用研究领域做出了系统的创新工作,形成了自己的研究特色。发现了胶质细胞分泌ATP-腺苷抑制突触活动(Neuron, 2003),改变了之前人们认为胶质细胞主要分泌谷氨酸使神经元兴奋的观点。发现了胶质细胞分泌D-丝氨酸是控制神经元突触可塑性产生的关键分子(PNAS,2003),揭示胶质细胞参与脑高级功能活动机理。发现NG2胶质细胞突触具有长时程可塑性(Science, 2006),对人们从不同角度认识脑工作原理具重要意义。这些工作促进了人们对胶质细胞新功能的认识,为该领域的发展做出了重要贡献。最近在胶质细胞信号分子分泌机制的研究又发现胶质细胞溶酶体有分泌ATP的功能(Nat Cell Biol,2007)。近年来在SCIENCE等国内外重要期刊上发表论文20余篇,研究工作在同行的论文中被广泛引用,在Nature Review Neuroscience, Physiol Review, Current Opinion Neurobiol等多篇重要综述文章中详细介绍及高度评价。多次受邀在著名的国际学术会议Gordon Research Conference做专题报告,在重要国际神经科学大会组织胶质细胞专题研讨会,受邀为Science等近十种国际杂志审稿,被邀为Glia、Hippocampus、Neurobiology Disease三个重要神经科学国际杂志的编委。他的工作先后入选卫生部等评选的2003年中国医药科技十大新闻,科技部和中国科协评选的2006年中国基础科学研究十大新闻,2007年被评为上海市科技精英,指导学生的论文获全国百篇优秀博士论文。http://medc.jnu.edu.cn/readnews.asp?id=771&bigclassname=medc&smallclassname=科研信息&SpecialID=0
范文四:神经胶质细胞的分类及其功能
神经胶质细胞的分类及其功能
内容摘要:
本综述主要采用对神经胶质细胞的相关文献及资料的查阅与参考,就神经胶质细胞的分类及其功能做了进一步了解。通过对神经胶质细胞相关知识的学习,进一步明确了神经胶质细胞种类的多样性以及它对神经元形态、功能的完整性和维持神经系统微环境的稳定性等都起着很重要的作用。希望通过本文引起更多的医学研究者对神经胶质细胞进行更深入的研究,使其发挥更大的作用。 关键词:神经胶质细胞,分类,形态结构特点,功能
前言:
随着神经科学研究的进展,目前对于神经胶质细胞的研究已经越来越深入,神经胶质细胞的分类也日趋明确,它的功能也越来越引起人们的关注,甚至还有人把神经胶质细胞与神经元比喻成同等重要的功能伙伴。基于此,本文查阅相关资料对神经胶质细胞目前的研究深度进行了一次简明的总结。
主体:
一、 神经胶质细胞的概念
神经胶质细胞也称神经胶质(神经胶质是神经胶质细胞的简称。是神经组织中除神经元外的另一大类细胞,分布在神经元之间,形成网状支架。其数量比神经元多10-50倍。神经胶质细胞也具有多突起,但无树突和轴突之分。胞质内不含尼氏小体,没有感受刺激和传导冲动的功能。但它们参与神经元的活动,对神经元具有支持、保护、营养、鞘和修复等多种功能。)【1】.,是广泛分布于中枢神经系统内的,除了神经元以外的所有细胞。具有支持、滋养神经元的作用,也有吸收和调节某些活性物质的功能。胶质细胞虽有突起,但不具轴突,也不产生动作电位。神经胶质细胞有分裂的能力,还能够吞噬因损伤而解体破碎的神经元,并能修补填充、形成瘢痕。大脑和小脑发育中细胞构筑的形成都有赖胶质细胞作前导,提供原初的框架结构。神经轴突再生过程必须有胶质细胞的导引才能成功。
二、 神经胶质细胞的分类及其形态结构特点
分布在中枢神经系统中的神经胶质细胞分为两类:一类为大胶质细胞,是中枢神经系统中主要的胶质细胞,包括星形胶质细胞和少突胶质细胞;另一类包括小胶质细胞、室管膜细胞和脉络丛上皮细胞【2】。而分布在周围神经系统中的胶质细胞主要有神经膜细胞(或称施万细胞)和卫星细胞。神经膜细胞可形成神经纤维髓鞘,卫星细胞则位于周围神经节中节细胞周围。
2.1 星形胶质细胞
它是最大的神经胶质细胞,形态呈星形,胞体直径3~5微米,核呈圆球形常位于中央,淡染。它有许多长突起,其中一个或几个伸向邻近的毛细血管,突起的末端膨大形成血管足突,围绕血管的内皮基膜形成一层胶质膜。某些星形细胞
突起还附着在脑、脊髓软膜和室管膜的下膜上,把软膜、室管膜与神经元分隔开。星形细胞又分为原浆型和纤维型两种。原浆型星形细胞多见于灰质,突起较粗而多分枝,呈薄板状包围在神经元胞体及树突表面未被突触覆盖的部分,与神经元细胞之间有小的间隙。纤维型星形细胞突起长而光滑,分枝不太多,在胞体和突起的胞浆中有很多原纤维样的物质,集成大小不等的束。电镜观察表明,原浆型和纤维型星形细胞的核周围胞浆和大的突起内含有相同的细胞器,以及明显的糖原颗粒和胞浆原纤维等,说明两型可能同属一种胶质细胞。有人认为,异常状态下星形细胞可因损伤或刺激经有丝和无丝分裂而增殖,但小鼠大脑皮层损伤部的附近星形细胞,并不摄取3H标记的胸腺嘧啶核苷,所以还不能确证细胞增殖。
2.2 少突胶质细胞
它比星形细胞小,直径1~3微米,突起也比其他胶质细胞少而短,无血管足,胞浆中不生成纤维,但较星形细胞有更多的线粒体。少突细胞在灰质和白质中都有,在灰质中紧靠神经元周围称为卫星细胞。人类中枢神经系统每个神经元辅有的少突细胞数量最多。神经元的卫星细胞在对损伤起反应时数量增加,并能吞噬它们本身的髓鞘变性产物。在白质中少突细胞在有髓鞘纤维之间成行出现。中枢神经组织的髓鞘是由少突细胞突起形成的,因此,其功能与外周神经的许旺氏细胞相同。一个少突细胞可以其不同的突起,形成多极神经纤维结间部位的鞘膜(可多至20个)。少突细胞核圆而小,有浓密的染色质,细胞质电子密度大,含线粒体、核糖体和微管,这些特点使它们在电镜图中可以鉴别出来。在组织培养中看到寡突细胞有周期性的强力运动。
2.3 小胶质细胞
它体小致密呈长形。核中染色质甚浓,核随细胞体的长轴亦呈长形。小胶质细胞在苏木精-伊红染色切片中别具特征;突起短,密布大量小枝形似棘刺。小胶质细胞的数量虽不多,但在灰、白质中都有,有些吞噬的小胶质细胞显然来自血细胞的生成中的单核细胞干细胞,而不是神经起源的,在受伤后出现许多侵入的噬食细胞。正常情况下星形细胞有清除细胞碎片的噬食功能。
三、 神经胶质细胞的功能
始初,人们认为胶质细胞属于结缔组织,其作用仅是连接和支持各种神经成分。其实神经胶质还起着分配营养物质的作用,在形态、化学特征和胚胎起源上都不同于普通结缔组织。神经元不能直接从微血管取得营养而要经过胶质细胞的转运。胶质细胞可能是构成血脑屏障的重要组分,它对正常神经元的生长和分化也是必不可少的。
3.1 支持作用
神经胶质细胞与神经元紧密相邻,能将神经元胶合在一起,为神经元提供一定的支架。在中枢神经系统内除了在小血管周围以外,没有结缔组织。星形胶质细胞以其长突起在脑和脊髓内交织成网,活互相连接构成支架,支持神经元的包体和纤维。
3.2 隔离与绝缘作用
胶质细胞有分割中枢神经系统内各区域的作用,它们还分割神经细胞群和突触连接,起隔离和绝缘的作用。中枢神经系统有髓神经纤维的髓鞘是有少突胶质细胞形成,周围神经系统中的施万细胞包绕轴索形成髓鞘。髓鞘的绝缘作用,有助于防止神经冲动传导时的电流扩散,使神经元活动互不干扰。
3.3 修复与再生作用
成年动物的神经胶质细胞依然保持生长和分裂的能力,尤其在脑和脊髓受伤时能大量增生。当神经元由于疾病、缺氧或损伤而发生变性时,可见局部出现许多巨噬细胞,吞噬变性的神经组织碎片;在神经细胞因损害或衰老而消失后,其空隙由分裂增生的神经胶质细胞所填充。修复主要由纤维性星形胶质细胞完成。反应性星形胶质细胞能释放大量神经营养因子,刺激神经细胞及其突起的生长,有利于脑损伤的再生与修复。
3.4 屏障作用
在电子显微镜的观察下,有10%~30%的星状胶质细胞的终足与毛细血管的内皮细胞、基膜紧密相连,其间无结缔组织纤维分开,构成脑-血屏障。在血管终足内含有大量的线粒体,这种线粒体可能起着离子泵作用促使某些离子和水通过血-脑屏障。星形胶质细胞在脑-血屏障的形成中具有重要的诱导和调节作用。
3.5 参与神经免疫调节作用
一是产生细胞因子和补体等免疫分子,二是起抗原撑地细胞作用,三是吞噬作用等。
3.6 维持适当的K+浓度
星形胶质细胞可通过加强自身膜上的钠泵活动,把细胞外液中积聚的K+泵入胞内,在通过缝隙连接将其分散到其他神经胶质细胞内,从而缓冲了细胞外液中K+的过分增多,中枢神经系统内环境的离子成分的稳定对神经元正常生理活动极其重要。
3.7 摄取和分泌神经递质,参与信息传递
星形胶质细胞反馈调节神经元活动常常是通过产生一些神经活性物质,参与信息传递,能影响神经元活动与突触传递,从而参与神经元网络功能的整合与调节。神经胶质细胞摄取和分泌神经递质有助于维持合适的神经递质浓度。
3.8 物质代谢和营养作用
星形胶质细胞还能产生神经营养因子,来维持神经元的生长、发育和生存,并保存其功能的完整性。此外,星形细胞还可合成并分泌NGF、bFGF、层粘蛋白、纤粘蛋白、胰岛素样因子及其他细胞外基质成分,有营养和维持神经元生存并促进神经突起生长作用【3】。脑内毛细血管表面85%的面积被星形胶质细胞的终足所包围,其余的突起则穿行于神经元之间附于神经元的胞体的树突上,可能对神经元起到运输营养物质和排除代谢产物。
结论:
研究神经系统的结构和功能离开胶质细胞将是片面的,在哺乳类中枢神经系统的演化中,数目巨大的胶质细胞的进化选择绝对不是偶然的,对胶质细胞的深入研究将有利于人类完整的揭示脑的活动的奥秘。它的发展将有可能推动医疗卫生事业的进一步发展,进一步满足人类的对健康的需求。
参考文献:
1.刘景生主编,细胞信息与调控,第2版,北京:中国协和医科大学出版社,2004
2.杨雄里等译,神经生物学,北京:科学出版社,2003
3.方秀斌,神经肽与神经营养因子,北京:人民卫生出版社,2002
范文五:神经胶质细胞的发育及基本功能
神经胶质细胞的发育及基本功能
1、神经胶质细胞的发育
脊椎动物的中枢神经系统(CNS)内的胶质细胞一般分为四种,包括星形胶质细胞、少突胶质细胞、小胶质细胞和室管膜细胞。其中,室管膜细胞位于脑室或中央管周围,其性质接近神经干细胞,而小胶质细胞是神经系统中游走巨噬细胞的单独一群,被认为来源于外周血。故CNS内胶质细胞的发育—般是指AST和OLs的生成,始于胚胎后期并延续到出生后,关于二者的起源目前尚存有争议,大部分观点认可它们源于共同的祖细胞-胶质限制性祖细胞/前体细胞(Glial restricted progenitor/precursor cells, GRPs),其作为神经管内衬,神经管构成脑的内表面,神经膜细胞来源于神经嵴。
1.1 OLs的发育
少突胶质细胞(Oligodendrocyte)起源于中枢神经系统(Central nervous system,CNS) 室周区及室下区有增殖能力的神经上皮细胞,即神经前体细胞或神经祖细胞(Neural
progenitor cell,NPC ),发育过程历经NPC→少突胶质祖细胞(Oligodendrocyte preprogenitor)→少突胶质前体细胞(Oligodendrocyte progenitor cell,OPC)→幼稚少突胶质细胞(Immature oligodendrocyte)→成熟少突胶质细胞(Mature oligodendrocyte)几个阶段。在各个发育时期细胞表达特异性的标志蛋白,只有当细胞发育成熟,开始表达MBP,PLP,MOG等髓鞘相关蛋白后,细胞才具髓鞘形成的能力。
1.2 AST的发育
1.2.1 正常成年动物脊髓AST的来源
传统的观点认为,正常情况下,CNS内细胞的补充來自两个限定区域:侧脑室的室管膜下区和海马齿状回的神经干细胞。一般认为脊髓内正常发育的绝大部分AST是由前体细胞GRPs,经历星形胶质前体细胞,最终发育为成熟的AST。也可由放射状胶质细胞或室管膜细胞分化形成。成年脊髓AST的主要来源有两类细胞:一类是位于中央管周围的缓慢分裂的室管膜细胞;还有一类就是在脊髓灰质和白质内弥漫分布的NG2阳性的少突胶质前体细胞尽管很多研究认为OPCs在正常脊髓内只形成少突胶质细胞,而不会分化为AST。其中室管膜细胞是补充维持正常脊髓内胶质细胞数量的主要来源。
1.2.2 脊椎损伤后新生AST的来源
脊髓损伤发生后,脊髓内的前体细胞和AST等迅速做出反应,生成新的AST。但在损伤条件下情况会变的复杂,可能会随着损伤的进展发生变化。其来源主要包括以下三种: ? AST自身的活化
正常体内的AST更多的时候表现出终末分化细胞的特性,很少会增殖分裂。脊髓损伤发生时,原本静止的细胞很快发生活化,形成反应性增生的AST。这些增生细胞的胞体和突起均明显肥大,基因表达等也会出现异常。反应性增生的AST是构成胶质瘢痕的主要细胞,且能够表达或分泌抑制神经轴突再生的分子,如硫酸软骨素蛋白多糖(CSPG)等,通常被认为起干扰脊髓损伤后功能恢复的作用。
? 室管膜细胞的分化形成
位于中央管周围的室管膜细胞在正常脊髓内非常缓慢的进行分裂增生。脊髓损伤后,室管膜细胞迅速活化、增殖、离开中央管向损伤部位迁移,最终大部分分化形成新的AST参与胶质瘢痕的形成,少量形成少突胶质细胞参与髓鞘的再生。脊髓损伤后,室管膜细胞增殖的速度可达到正常脊髓增殖速度的50倍以上。在脊髓损伤后的早期就探测到分裂的室管膜细胞。如脊髓剑刺伤后,24小时内就在中央管检测到增殖的信号,这些增殖的细胞迁移到损伤部位,逐渐失去室管膜细胞的外形和特性,分化为AST。虽然这些分化形成的AST很少表达GFAP但是可表达其它标记抗原,如GLAST等标记。室管膜细胞来源的AST主要位于损伤的中心,常形成胶质瘢痕中心,在其外围通常包绕着纤维母细胞样的基质细胞。这些基质细胞主要来源于周围血管的周皮细胞,对损伤范围的封闭和组织的再整合意义重大。 ? NG2阳性的OPCs分化形成
虽然室管膜细胞是损伤后脊髓内重新分化形成新的AST的主要来源,但多个研究提示除了中央管的室管膜细胞,脊髓其它部位也存在形成新胶质细胞的前体细胞如在脊髓损伤后白质周边软膜下可观察到大量的增殖的前体细胞甚至在脊髓中央管已经破环消失的情况下,在脊髓损害部位还可见到大量的细胞增殖和胶质形成。这些增殖的细胞很可能就是源自脊髓内弥漫分布的OPC。脊髓内弥漫分布的NG2阳性的OPCs在未损伤的脊髓主要分化形成OLs,很少看到其形成AST。脊髓损伤发生时,OPCs大量增殖,是形成新的髓鞘的主要细胞;除此之外,部分细胞也可分化形成新的AST。如在脊髓损伤后的早期,即可观察到NG2阳性的OPCs分化形成AST。
2、神经胶质细胞的功能
2.1 支持、营养功能
神经胶质细胞通过缝隙连接形成三维网络状结构在脑和脊髓内对神经元予以支持。AST一方面通过血管周足和突起连接毛细血管与神经元,对神经元起运输营养物质和排除代谢产物的作用,另一方面还能产生神经营养因子,维持神经元的生长、发育和功能的完整性。AST能摄取神经元释放的谷氨酸和一氨基丁酸,再转变为谷氨酰胺而转运到神经元内,从而消除氨基酸递质对神经元的持续作用,同时也为神经元合成氨基酸类递质提供前体物质。AST还可以合成和分泌多重生物活性物质,如血管紧张素原、前列腺素、白介素以及多种神经营养因子。
2.2 在中枢神经系统中再生、修复作用
当脑与脊髓受到损伤时,小胶质细胞能转变成巨噬细胞,清除变性的神经组织碎片,作为第一步,原有的小胶质细胞以及从血液中浸润到受损的中枢神经损伤位点的巨噬细胞进行分裂,并清除濒死细胞的残骸。而星形胶质细胞则能依靠增生形成胶质瘢痕,充填缺损。弥补这些损伤和丢失的细胞同样是神经再生的必要因素。胶质瘢痕对于再生轴突重建具有阻碍轴突穿越和分泌神经营养因子促轴突再生的双重作用。
2.3 绝缘作用和屏障作用
少突胶质细胞一个重要功能是围绕轴突产生髓鞘。髓鞘是一种高电阻的覆盖层,有绝缘作用。
星形胶质细胞的血管周足是构成血脑屏障的重要组成部分,除了在屏障的诱导生成和形态维持中发挥重要作用外,星形胶质细胞和其它细胞还能够释放多种化学物质,在几秒或几分钟内调节内皮细胞的通透性。在内皮分化和诱导的过程中,星形胶质细胞胞外基质起到了很重要的调节作用;转化生长因子β(TGF-β)、胶质细胞源性营养因子(GDNF)、碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)、白细胞介素-6(IL -6)和一些类固醇物质被确认参与了这一过程。一些由脑血管内皮细胞分泌的因子则具有诱导星形胶质细胞分化的功效。已经知道,白血病抑制因子(LIF)及其受体参与了星形胶质细胞的在体分化过程。脑毛细血管内皮细胞和胶质细胞共培养的结果表明, 在实验性氧剥夺(OGD)条件下,胶质细胞分泌的可溶性因子使内皮细胞对OGD的敏感性增加。
2.4 参与物质代谢
AS能摄取神经元释放的谷氨酸和一氨基丁酸,再转变为谷氨酰胺而转运到神经元内,从而消除氨基酸递质对神经元的持续作用,同时也为神经元合成氨基酸类递质提供前体物质。AS还可以合成和分泌多重生物活性物质,如血管紧张素原、前列腺素、白介素以及多种神经营养因子。
2.5 维持调节离子浓度
星形胶质细胞膜上的钠泵活动可将细胞外过多的K+泵入胞内并通过缝隙连接将其分散到其他神经胶质细胞,以维持细胞外合适的K+浓度,有助于神经元电活动的正常进行。当神经胶质细胞受损而过度增生时,将K+泵入细胞内的能力减弱,,可导致细胞外高K+,使神经元的兴奋性增高,从而形成局部癫痫病灶。星形胶质细胞膜上的钠泵活动也可将细胞外过多的K+泵入毛细血管内。
2.6 参与中枢神经的免疫调节和炎症反应
AS可作为中枢的抗原呈递细胞,将其细胞膜上的MHCⅡ蛋白质分子与外来抗原结合,呈递给T淋巴细胞,起到免疫应答作用。同时,AS还能够产生众多的趋化因子和细胞因子,从而参与到对神经疾病的免疫防御中去。小胶质细胞作为脑内常驻的免疫细胞,主要参与中枢神经系统的免疫和炎症反应。当脑内微环境发生变化(如脑损伤或免疫刺激)时,小胶质细胞可迅速应激成为具有变形和吞噬能力的激活状态,同时释放各种前列腺素类分子、自由基及细胞因子,被认为是主导炎症过程的主要细胞成分。小胶质细胞是脑内固有的免疫效应细胞,小胶质细胞活化后可以改变许多蛋白信号分子的异常表达,进而可启动或放大神经元的损伤反应。脂多糖( LPS) 是革兰阴性杆菌细胞壁主要成分,是一种经典而高效的小胶质细胞活化激动剂。通过与小胶质细胞上的LPS 蛋白结合,从而激活小胶质细胞,并使其表达和释放多种细胞因子和细胞毒性物质,通过触发免疫应答、激活多种蛋白酶而发挥杀伤性作用。小胶质细胞是脑内固有的抗原呈递细胞和主要的免疫效应细胞,通常情况下,小胶质细胞处于静止状态,呈典型的分枝状。体外实验表明它可增加巨噬细胞和小胶质细胞吞噬髓磷
脂,诱导小胶质细胞的分化,并能促进T细胞的增殖,这在免疫调节中将起重要作用。
2.7 促进神经元分化和神经元生长
神经干细胞的神经发生与神经组织的损伤修复以及学习和记忆过程都有一定的关系。研究表明AS能诱导成年神经干细胞的神经再生,且该能力具有明显的区域特异性。脊髓来源的AS无此能力,新生的AS能增加神经元突起的生长,而较老的则不能。在神经系统发育时期,AS能引导神经元向一定部位迁移,并能诱导神经元突起的生长。Song ,H. 的新研究发现AS对干细胞的作用是双倍的,既能加快干细胞增殖的速度,还能促进其向神经元方向分化。有研究表明,神经胶质细胞特别是AS 在维持脑细胞内环境方面有重要功能,同时还担负着为神经元供能、提供营养因子的职责。在缺血条件下,神经胶质细胞大量增生会影响到微循环,引起局部微循环障碍,从而进一步加重神经元的缺血缺氧表现,在持续低灌注状态下会出现大量神经元胞体破碎、凋亡。实验结果提示,在脑缺血条件诱导下,延髓内部微血管、神经元、神经胶质细胞之间存在相互影响。随着延髓缺血时间的延长,神经胶质细胞的增生为微血管的新生提供了必要的基础。同时微血管的增生本身也为神经胶质细胞的增殖提供能量的贮备。实验时间进一步推移,神经胶质细胞大量增生后,出现了病灶局部的微循环改变,出现局部微循环障碍,导致神经元的减少,考虑出现迟发性神经元死亡。研究还显示在脊髓的AS中,可能存在神经发生抑制因子,它能阻止AS的促神经发生作用,如果这种作用能被增强,将为各种创伤、神经退行性变等所造成的脑组织损伤的治疗提供一种全新的思路。
2.8 参与信号转导、传递
星形胶质细胞膜上具有电压门控通道和几乎所有已知的神经递质的受体、离子通道受体、G蛋白耦联受体,能接受神经元的信息,并通过自身的功能改变,影响神经元的功能和活动。胶质细胞能产生核因子(nuclear facto r),NF-КB 是一个重要的信号转导因子,它直接把信号转入细胞核内、到达目的基因,是胶质细胞和神经元在基因水平进行对话的语言分子。
2.9 抗氧化作用
氧自由基能诱导神经元凋亡或坏死,参与神经元变性疾病的发生发展。AS比神经元含更多的维生素E、谷胱甘肽和超氧化物岐化酶SOD,因此比神经元具有更大的清除活性氧种(ROS)能力,所以能对各种环境刺激(包括辐射)产生反应,保护神经元免受氧自由基NO诱导的损伤,这在CNS的损伤反应中起重要作用。体外细胞研究已发现与AS联合培养的神经元放射敏感性降低,自由基清除能力增强,证实了AS对放射诱导的神经元死亡具有保护作用。
2.10 神经元之间通讯作用
胶质细胞能通过探查神经元的放电和彼此之间的交流促成了信息处理过程,从而调节神经元的活性。AS 能通过调节缝隙连接的通透性影响神经信号的传导,从而相互作用、协调反应,共同参与对神经元活动的调节。也已发现AS 可通过受体介导的信号、细胞内钙信号
等多种途径与周围细胞相互作用。反之,神经元的活动对胶质细胞也有重要的调节作用,包括它的增殖、分化以及髓鞘化等。突触活动所释放的多种神经递质( Glu、GABA、NA、ACh 等) 能剌激胶质细胞表面的相应受体,使Ca2 + 通透性增加从而激活胶质细胞,这些活化的胶质细胞通过触发递质释放产生神经调节作用。此外,通过被称为“胶质传递”的方式,来自神经元的信号可在胶质细胞网中传递、扩布〔5〕。病理情况下,变性神经元周围有神经胶质细胞增生。当轴突被切断后,神经元近端的树突和胞体周围可以看到胶质细胞侵入突触部位的间隙,将突触前和突触后成分分开的现象。此种突触脱失后的变化,已由变性的神经元细胞内电活动记录中得到证实。损伤后神经元活动的异常,导致胶质细胞的电位变化的影响可用来解释神经活动的各种电位变化。
2.11 在病理性疼痛中的作用
AS与疼痛有密切的关系,它可通过许多重要功能如参与信号转导,被激活而表现出激活的特性,如释放促炎性因子、神经营养因子等,在疼痛调节过程中发挥重要作用。有实验证据可初步推测胶质细胞参与病理性痛的可能机制是:在病理状态中,初级传入纤维末稍释放神经递质( SP、CGRP、ATP、EAAs)、脊髓背角痛觉传递神经元释放的NO、fractalkine、PGs等以及细菌和病毒均可激活胶质细胞。激活的星形胶质细胞和小胶质细胞释放大量神经活性物质和促炎性细胞因子,作用于突触前末稍,增强伤害性神经递质SP、EAAs进一步释放,同时作用于突触后背角痛觉传递神经元,增强其敏感性和反应性,产生和维持病理性痛的状态,激活的胶质细胞释放的促炎性细胞因子还可通过自分泌和旁分泌方式进一步加强自身的释放,而使病理性痛扩大化。因此胶质细胞被激活及其因激活而释放的神经活性物质和促炎性细胞因子,在病理性痛的发生和维持中所起的作用是主动的和不可替代的。促炎性细胞因子的拮抗剂及其受体阻断剂、神经递质阻断剂通过选择性阻断细胞因子及受体的作用而发挥镇痛作用。用CX3CR-1阻断Fraetalkine受体( CX3CR-1只表达于胶质细胞)可产生明显的镇痛效应。
2.12 与神经系统疾病的相关性
近年的研究表明神经胶质细胞导致的慢性炎症反应与神经系统退行性疾病之间具有很强的相关性。在多种急性和慢性的神经退行性疾病当中,神经胶质细胞活化后分泌细胞因子等炎症因子对神经元存活具有毒性作用。其所分泌的物质可以通过caspase3通路导致神经元细胞的凋亡。如:A、在癫痫发生部位发现有反应性胶质细胞增生。当AS功能受损时,可导致癫痫的发作。近年来的研究表明,AS参与癫痫的发病机制,癫痫发生后造成AS的激活,具体表现主要以增生和肥大为主,同时伴有GFAP的表达增多。激活的AS成为神经元异常放电与损害的重要促进机制,从而促使癫痫反复发作。在大鼠杏仁核电点燃癫痫模型中,海马病理改变为:海马区锥体细胞神经元缺失及神经胶质细胞的增生。神经胶质细胞增生一方面保护神经元免于损伤,另一方面也促使小胶质细胞的分化导致神经元的损伤加重,表明神经胶质细胞对神经系统疾病具有损害和保护的双重作用。B、在阿尔茨海默病发生部位发现存在有老年斑,AS和小胶质细胞参与老年斑的形成,AS还可能通过改变小胶质细
胞的吞噬功能以促进脑中Aβ (与阿尔茨海默病发生、发展有关的淀粉蛋白)的沉积。AS的分泌物能降低Aβ的神经毒性。C、帕金森病(PD)其主要病理特征表现为中脑黑质致密部多巴胺(DA)能神经元进行性变性坏死。近年的研究显示,PD患者脑内存在小胶质细胞的活化反应,激活的小胶质细胞在PD的多巴胺能神经元进行性变性过程中起着重要的作用。小胶质细胞对外界环境刺激十分敏感,当受到炎症、毒性物质刺激时,可迅速活化为阿米巴样,从而产生大量自由基和神经毒性物质导致DA能神经元变性、坏死,是构成PD炎症损伤机制的重要环节,其活化程度与DA能神经元的死亡变性成正比。有研究发现,小胶质细胞的激活先于DA能神经元的丢失,同时非甾体类抗炎药的应用并没有增加PD的风险。研究结果提示,抑制小胶质细胞的活化增生可能成为延缓DA能神经元变性死亡的新方法。D、AS分泌的营养因子BDNFK可促进中脑DA能神经元的存活和分化,增加对DA吸收的亲和力,被认为是一种潜在的治疗PD的药物。而AS内的活性较高的单胺氧化酶又与DA能神经元变性有关。E、未成熟胶质细胞能促进成年鼠损伤后视神经的再生和髓鞘的形成。F、研究糖基化终末产物(AGEs)对视网膜小胶质细胞和T淋巴细胞中的免疫调控因子的作用及对糖尿病视网膜病变的免疫机制。在AGEs模拟的糖尿病环境中,小胶质细胞的免疫活性显著提高,继而激活T淋巴细胞,成为糖尿病视网膜病原发病机制之一。G、多发性硬化(MS)是一种常见的中枢神经系统自身免疫性炎性脱髓鞘疾病,以髓鞘脱失、轴索损伤、不同程度的神经胶质细胞增生及进行性神经功能残疾为主要病变特征。