Science：星形胶质细胞在感觉和认知能力发展中起着关键作用

长期以来，星形胶质细胞一直被认为只是神经元的支持细胞。近年来，对星形胶质细胞的研究有所增长，逐渐揭示了它们在大脑功能中的重要性。如今，来自法国国家健康与医学研究院（INSERM）、法国国家科学研究中心（CNRS）和法兰西学院生物学跨学科研究中心的研究人员在一项新的研究中，发现它们在出生后大脑可塑性关闭期间的关键作用，发现它们是感觉和认知能力发展的关键。从长远来看，这些发现将使我们有可能设想出在成年人中重新引入大脑可塑性的新策略，从而促进大脑损伤或神经发育障碍后的康复。相关研究结果发表在2021年7月2日的Science期刊上，论文标题为“Astrocytes close the mouse critical period for visual plasticity”。

大脑可塑性是出生后的一个短暂的关键时期，在这个时期，大脑根据它所接受的外部刺激（环境、互动等）重塑神经元的“连线（wiring）”。这个时期的结束或“关闭”标志着神经回路的稳定化，与有效的信息处理和正常的认知发展有关。大脑可塑性在未来仍然是可能的，尽管其水平比生命之初低得多。

在大脑可塑性时期发生的问题可能会产生重大的长期后果。例如，在眼睛出现问题导致个人无法正确视物的情况下，如斜视（交叉眼），如果不及时治疗，相应的大脑连线将被永久改变。

为了弥补这一缺陷，科学家们旨在通过确定一种能够重新引入大脑可塑性的疗法来重塑这一线路，即使是在大脑可塑性关闭发生后。为了实现这一目标，他们还试图更好地描述这种关闭背后的生物学机制。

20世纪80年代的开创性研究已表明，将未成熟的星形胶质细胞移植到成年动物的大脑中，重新引入了一段主要的可塑性时期。论文通讯作者、INSERM研究员、法兰西学院生物学跨学科研究中心研究协调人Nathalie Rouach及其团队从这一实验方案中得到启发，揭示了迄今为止未知的负责大脑可塑性关闭的细胞过程。

移植未成熟的星形胶质细胞以重新引入大脑可塑性

通过对小鼠视觉皮层的实验，这些作者发现，未成熟星形胶质细胞的存在是大脑可塑性的关键。随后，这些星形胶质细胞在可塑性期间参与发育中的中间神经元的成熟，最终导致可塑性关闭。这一成熟过程是通过一种涉及蛋白质Connexin 30的新机制发生的，这些作者在可塑性关闭期间发现成熟星形胶质细胞中存在高水平的Connexin 30。

将星形胶质细胞移植到成年小鼠体内能否重新引入大脑可塑性？

为了找出答案，这些作者在体外培养了来自年轻小鼠（1至3天大）视觉皮层的未成熟的星形胶质细胞。这些未成熟的星形胶质细胞被移植到成年小鼠的初级视觉皮层中，然后在四天的单眼闭塞（monocular occlusion）后对视觉皮层的活动进行评估，其中单眼闭塞是一种用于评估大脑可塑性的标准技术。他们发现不同于没有接受移植的对照成年小鼠，移植了未成熟星形胶质细胞的成年小鼠呈现出高水平的可塑性。

星形胶质细胞的原代培养物，图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.abf5273。

Rouach说，“这项研究提醒我们，在神经科学领域，我们不能只关注神经元。胶质细胞（星形胶质细胞是胶质细胞的一种亚型）调节大脑的大部分功能。我们意识到，这些细胞具有积极的作用。胶质细胞没有神经元那么脆弱，因此对大脑的作用更容易实现。”

胶质细胞占大脑细胞的一半以上。它们与神经元没有相同的细胞谱系，其功能也非常不同。在此之前，它们还被认为是大脑的“清洁工”，但是这些作者意识到，它们在释放分子方面也发挥着积极作用。与神经元相比，它们发生在大脑发育的较晚阶段，不以同样的方式进行交流，而且占主导地位。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Jérôme Ribot et al. Astrocytes close the mouse critical period for visual plasticity. Science, 2021, doi:10.1126/science.abf5273.

Paulo Kofuji et al. Astrocytes control the critical period of circuit wiring. Science, 2021, doi:10.1126/science.abj6745.