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摘要:星形胶质细胞是中枢神经系统中最广泛的细胞类型,具有复杂多样的结构和功能,它与神经元构成功能单位,在神经系统多种生理活动和病理过程中起着重要作用。这篇综述简要介绍星形胶质细胞在神经元的发育分化、修复再生、信号传递、突触形成和消除、免疫调节、学习记忆和呼吸调节等方面的生物学作用。
关键词:星形胶质细胞；突触消除；免疫调节；学习记忆；呼吸调节
1AS的生物学功能
1.1AS的对神经元的作用
1.1.1营养修复作用2000年,Lu和Lau等[1]发现AS能合成和分泌大量化学物质,如神经生长因子、神经递质、和细胞因子,这些细胞因子对神经元的发育具有营养作用。2007年,胡增峣等[2]研究表明AS可以通过谷氨酸-谷氨酰胺循环、细胞内钙离子浓度的调节等方式来影响神经元的生物活性和神经突触的可塑性。1.1.2诱导神经干细胞定向分化AS与神经干细胞共同孵育使神经发生率显著提高。周向阳等人研究了SD大鼠的AS对神经干细胞体外定向分化的影响。2000年,SongH[3]等研究发现新生大鼠的神经干细胞与其海马AS共同孵育能明显提高神经发生率,但与神经元共同孵育时,神经发生率几乎不变。1.1.3控制突触形成、功能和消除作用2013年,斯坦福大学医学院研究人员在《nature》上公布了一项AS的未知功能,AS通过选择性地除去突触,积极地修整了神经细胞回路,它在决定新突触的确切生成位置和时间上起着关键性的作用。2015年,Won[4]等针对人脑组织展开研究进一步地证实了AS的这一作用:AS的突触吞噬行为是由神经元活动所触发,一直持续到成年,在人类学习、回忆、情感和运动的过程中,AS有可能对不断微调和重新装配脑回路起重要的作用;AS功能不足和过度,可能是老年时回路重塑能力丧失、阿尔茨海默氏症及帕金森病等神经退行性疾病中大量突触破坏的基础。
1.2AS对疼痛的调节作用
近期,人们发现AS表面有细菌和病毒受体,以及大量神经递质和调质的受体,鞘内注入细菌、病毒、神经递质和调质可以致痛。2005年,李卉丽等[5]研究表明在疼痛刺激条件下,脊髓水平AS的特异性标志物表达水平大大增加,表明脊髓水平的AS和小胶质细胞可被痛刺激所激活,但具体机制不清。
1.3免疫调节和神经炎症调节作用
2010年,XieL[6]的研究证实,AS调节中性粒细胞的功能,使脑组织抵御细菌的感染,在神经系统病理条件下阻止细菌通过血脑屏障。2015年,SofroniewMV[7]研究证实,AS可分泌大量的促炎因子和抑炎因子,在中枢神经系统的炎症反应中发挥着至关重要的调节作用。
1.4对睡眠和学习记忆的调节作用
2011年5月,FlorianC[8]证实AS释放的腺苷是导致睡眠不足时海马突触可塑性和记忆力下降的主要原因,这一成果对临床上治疗睡眠不足导致的认知能力下降有推进作用。PálB[9]等在2015年研究发现,AS膜内外电流的变化与皮质振荡活动、记忆、学习或整体神经元的兴奋性直接相关。
1.5对呼吸的调节作用
2010年,GourineAV等[10]有了一项重大的新发现,即AS在调节呼吸方面也发挥着关键作用。该研究证明,AS可以根据不断变化的新陈代谢和活动需要调节呼吸强度,AS功能障碍可能与新生儿猝死综合症或先天中枢性换气不足症有关。
2现状与展望
曾经我们认为AS仅仅是神经系统中处于从属地位的一类细胞,而事实上AS从胚胎时期开始就伴随神经元终生并执行十分重要的生物学功能。目前AS与神经元之间如何共同参与上述功能的调节,作用机制是什么,通过那些信号传导通路来实现,它与神经系统诸多疾病的发生有何准确联系,这些疑问提示我们对AS生物学功能的研究还有非常广阔的空间。
参考文献
[1]LauLT,YuACH,et.Astrocyteproduceandreleaseinterleu-kin-1,interleu-kin-6,tumormecrosisfactoralphaandinter-ferom-gammafollowingtraumaticandmetabolicinjury[J].JNeurotrauma,2001,18(3):351-359.
[2]胡增峣，杨胜，周文霞，等，星形胶质细胞影响神经突触可塑造的研究进展[J]军事医学科学院院刊，2007,31（3）：279-281.
[3]SongH,StevensCF,GageFH,et.Astrogliainduceneurogenesisfromadultneuralstemcells[J].Nature.,2002,417(6884):39-44.
[4]Won-sukchuang,et,AstrocytesControlSynapseFormation,Function,andElimination[J]，ColdSpringHarbPerspectBiol.2015;7(9):10.1101..
[5]李卉丽，秦绿叶，万有，等，疼痛研究的新亮点：星形胶质细胞[J].生理科学进展药,2003,34(1):45-48.
[6]LuokunXie,,EthanC,Poteet,WenjunLi,et.Modulationofpoly-morphonuclearneutrophilfunctionsbyastrocytes[J].JNeuroinflammation,2010.1186/1742-2094-7-53
[7]SofroniewMV,et,Astrocytebarrierstoneurotoxicinflammation[J],NatRevNeurosci2015May;16(5):249-63.
[8]FlorianC,VecseyCG,HalassaMM,et.Astrocyte-derivedad-enosineandA1receptoractivitycontributetosleeploss-induceddeficitsinhippocampalsynapticplasticityandmemoryinmice[J].JNeurosci,2011,31(19):6956-62.
[9]PálB,et,AstrocyticActionsonExtrasynapticNeuronalCurrents[J],FrontCellNeurosci.2015Dec9;9:474.
[10]GourineAV,KasymovV,MarinaN,et.Astrocytescontrolbreath-ingthroughpH-dependentreleaseofATP[J].Science.2010,329(5991):571-5.