科学家发现近一半的脑细胞具有新的电功能

塔夫茨大学医学院的研究人员发现了一种以前未知的星形胶质细胞所执行的功能，这种类型的细胞占大脑中所有细胞的近一半。据研究人员称，在小鼠身上发现被称为星形胶质细胞的新功能，为神经科学研究开辟了一条全新的途径，可能导致对各种疾病的治疗，从癫痫到阿尔茨海默病到创伤性脑损伤。

这一切都归结为星形胶质细胞如何与神经元互动，神经元是大脑和神经系统的基本细胞，接收来自外部世界的输入。通过一套复杂的电和化学信号，神经元在大脑的不同区域之间以及大脑和神经系统的其他部分之间传递信息。

直到现在，科学家们认为星形胶质细胞是重要的。星形胶质细胞“指导”轴突的生长，轴突是神经元细长的突起，用于传导电脉冲。它们还控制着神经递质，这些化学物质使整个大脑和神经系统的电信号得以传递。此外，星形胶质细胞建立血脑屏障，并对伤害作出反应。

但它们似乎并不像所有重要的神经元那样具有电活性，直到现在。

根据4月28日发表在《自然神经科学》上一篇论文，通讯作者、塔夫茨大学医学院和生物医学研究生院的神经科学副教授Chris Dulla说：“星形胶质细胞的电活动改变了神经元的功能。我们发现了一种大脑中两个最重要的细胞相互‘交谈’的新方式。由于对大脑如何工作有太多的未知，发现控制大脑功能的新的基本过程是开发神经系统疾病新疗法的关键。”

除了Dulla和主要作者Moritz Armbruster之外，该研究的其他作者包括塔夫茨大学医学院的Saptarnab Naskar、Mary Sommer、Elliot Kim和Philip G. Haydon；塔夫茨生物医学研究生院细胞、分子和发育生物学项目的Jacqueline P. Garcia；以及其他机构的研究人员。

为了做出这一发现，该团队使用了全新的技术来设计一种技术，使他们能够看到并研究脑细胞相互作用的电特性，而这在以前是无法观察到的。

“有了这些新工具，我们基本上发现了生物学的全新方面，”医学院神经科学研究副教授Armbruster说。“随着更好的工具的出现--例如，新的荧光传感器正在不断开发--我们将更好地了解我们以前甚至没有想到的事情。”

“新技术用光来成像电活动，”Dulla解释说。“神经元的电活动非常活跃，新技术使我们能够看到星形胶质细胞的电活动也是如此。”

Dulla将星形胶质细胞描述为“确保大脑中一切正常，如果出了问题，如果有伤害或病毒感染，它们会检测到它，试图做出反应，然后试图保护大脑免受伤害。我们接下来要做的是确定当这些侮辱发生时，星形胶质细胞如何变化”。

神经元之间的“交流”是通过释放称为神经递质的化学物质进行的。科学家们知道，星形胶质细胞控制着神经递质，帮助确保神经元保持健康和活跃。但新研究显示，神经元也会释放钾离子，从而改变星形胶质细胞的电活动以及它控制神经递质的方式。

“因此，神经元正在控制星形胶质细胞正在做什么，它们来回‘沟通’。”他说：“神经元和星形胶质细胞以一种以前不知道的方式相互‘交谈’。”

星形胶质细胞-神经元串扰的发现提出了许多问题，即在大脑病理以及学习和记忆的发展中，相互作用是如何发挥作用的。他说：“这让我们重新思考星形细胞所做的一切，以及星形胶质细胞具有电活性这一事实如何可能影响到广泛的神经系统疾病。”

例如，在阿尔茨海默病中，星形胶质细胞不控制神经递质，尽管那是它们的基本工作，Dulla解释说。创伤性脑损伤和癫痫也会出现类似问题。多年来，科学家们认为也许问题是由一种蛋白质的缺失造成的，或者是由一种突变导致蛋白质不能发挥作用。

Armbruster说：“细胞外钾在大脑中的堆积，已经被假设为是导致癫痫和偏头痛病症的原因。这项新研究使我们更好地了解星形胶质细胞如何清除这种积聚并帮助维持兴奋的平衡。”

研究人员现在正在筛选现有的药物，看看它们是否能够操纵神经元-星形细胞的相互作用。“通过这样做，我们是否有一天可以帮助人们更快、更好地学习？我们能否在脑损伤发生时修复它？”Dulla问道。

用于这一发现的新技术不仅开辟了思考星形胶质细胞活动的新途径，还为通过大脑进行活动成像提供了新方法。在此之前，没有办法对大脑中的钾活动进行成像，例如，或者研究钾如何参与睡眠、新陈代谢或大脑中的损伤和感染。

他说：“我们正在把这些工具交给其他实验室，这样他们就可以使用同样的检测方法和技术来研究他们感兴趣的问题。科学家们正在获得研究头痛、呼吸、发育障碍和广泛的不同神经系统疾病的工具。”