根據(jù)發(fā)表在2月18日《科學(xué)》（Science）雜志上的一項(xiàng)研究，成年小鼠大腦中的一些神經(jīng)元塑造了附近星形膠質(zhì)細(xì)胞的一些特征和生理。加拿大麥吉爾大學(xué)的研究人員和同事們，鑒別出由神經(jīng)元分泌的一種叫做sonic hedgehog (Shh)的分子信號(hào)促成了這些改變。

麥吉爾大學(xué)蒙特利爾神經(jīng)醫(yī)學(xué)研究所神經(jīng)學(xué)家Ed Ruthazer（未參與該研究）說：“這篇論文極其令人興奮的地方在于，細(xì)胞在已經(jīng)確立了在大腦中的形態(tài)和位置后，其命運(yùn)有可能由它與鄰居之間的互作所決定。且這種轉(zhuǎn)換并非微不足道，它似乎從根本上重組了細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組。”

星形膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的非神經(jīng)元細(xì)胞，其支持及調(diào)節(jié)了神經(jīng)元的功能。2013年，杜克大學(xué)的研究人員證實(shí)星形膠質(zhì)細(xì)胞是中風(fēng)或腦損傷后止血和促進(jìn)修復(fù)的必要條件。斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院的神經(jīng)科學(xué)家們則證實(shí)星形膠質(zhì)細(xì)胞可通過選擇性除去突觸可積極地修整神經(jīng)細(xì)胞回路。2014年，加州大學(xué)舊金山分校的研究人員報(bào)告稱，功能失常的星形膠質(zhì)細(xì)胞有可能促成了肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS）一類的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，或甚至是自閉癥和精神分裂癥等發(fā)育障礙。瑞典的科學(xué)家們證實(shí)，在大腦的損傷部位星形膠質(zhì)細(xì)胞可形成不成熟的神經(jīng)細(xì)胞，隨后它們發(fā)育為成熟的神經(jīng)細(xì)胞。

哺乳動(dòng)物大腦有各種星形膠質(zhì)細(xì)胞，執(zhí)行多種多樣專門的功能。新研究的領(lǐng)導(dǎo)者、麥吉爾大學(xué)的Keith Murai說，這種多樣性很大程度上被認(rèn)為是在胚胎發(fā)育及出生后早期發(fā)育過程中建立起來的。“但在那以后，人們認(rèn)為這些細(xì)胞的一些特征在它們往后的一生中都是固化的。”

MuraiI和同事們卻持不同的觀點(diǎn)。“某些神經(jīng)回路周圍的星形膠質(zhì)細(xì)胞如此特化，很難想象所有這些細(xì)胞的特性都是在發(fā)育中的這一時(shí)間點(diǎn)所決定。畢竟，神經(jīng)回路自身直到很久以后才完全形成。”

為了調(diào)查圍產(chǎn)期之后星形膠質(zhì)細(xì)胞的身份是否有可能繼續(xù)被塑造，Murai研究小組搜尋了在成體神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞中有可能控制了繼續(xù)發(fā)育的基因產(chǎn)物。為了簡(jiǎn)化問題，研究人員將焦點(diǎn)放到了小腦皮質(zhì)上：在這一區(qū)域只存在兩種星形膠質(zhì)細(xì)胞：Bergmann膠質(zhì)細(xì)胞，其環(huán)繞著浦肯野細(xì)胞(PCs)的神經(jīng)沖動(dòng)接收區(qū)；和velate星形膠質(zhì)細(xì)胞(VAs)，其圍繞著顆粒細(xì)胞(GCs)。他們的搜尋結(jié)果揭示出了許多的候選因子，而有一個(gè)信號(hào)通路浮現(xiàn)了出來：Shh信號(hào)。

Murai 解釋說，Shh是一個(gè)已知在發(fā)育胚胎中發(fā)揮許多重要作用的發(fā)育形態(tài)發(fā)生素，包括影響大腦細(xì)胞的特化。“人們過去認(rèn)為在大腦完成發(fā)育后這條信號(hào)通路會(huì)被關(guān)閉并消除，但新研究證實(shí)即便是在成年大腦中這一信號(hào)通路仍非常有效力。”

研究人員發(fā)現(xiàn)是小腦中的PC神經(jīng)元生成了Shh蛋白，Shh受體豐富地表達(dá)于BG而非VA細(xì)胞中。

此外，BGs需要來自PCs的Shh信號(hào)來維持它們的身份。當(dāng)研究人員采用轉(zhuǎn)基因技術(shù)關(guān)閉成年小鼠大腦PCs中的Shh生成或BGs中的Shh信號(hào)傳導(dǎo)時(shí)，BG細(xì)胞采用了與Vas相似的轉(zhuǎn)錄譜。另一方面如果增強(qiáng)Vas中的Shh信號(hào)，這些細(xì)胞會(huì)變得更像BGs。

“我們幾乎可以根據(jù)Shh信號(hào)水平將一種類型的星形膠質(zhì)細(xì)胞互換稱另一種。這不只是涉及少量的因子，響應(yīng)這一信號(hào)通路開啟或關(guān)閉了成百上千的基因，”Murai說。

該研究小組還發(fā)現(xiàn)了證據(jù)證實(shí)，Shh操控也可影響其他大腦區(qū)域的星形膠質(zhì)細(xì)胞，改變了這些細(xì)胞的電生理學(xué)。

杜克大學(xué)細(xì)胞生物學(xué)家Cagla Eroglu（未參與這項(xiàng)研究）說：“最重要的觀點(diǎn)在于，星形膠質(zhì)細(xì)胞的分子命運(yùn)并非是固定的。”這些細(xì)胞的形狀似乎不大具有可塑性。盡管Shh信號(hào)影響了星形膠質(zhì)細(xì)胞的表達(dá)譜和電行為，細(xì)胞的形態(tài)基本保持不變。

Cagla說，發(fā)現(xiàn)星形膠質(zhì)細(xì)胞比以往認(rèn)為的具有更大的可塑性是“是令人興奮且有趣的。但仍然有待依據(jù)動(dòng)物的行為或它的學(xué)習(xí)能力來確定這種現(xiàn)象確切的功能。”