在大脑中存在两类神经细胞——神经元和胶质细胞，后者在脑内占了绝大多数，却被长期认为与大脑学习和记忆没多大关系，仅像"胶水"一样粘附在神经元周围，对神经元起支持和营养作用。 以往这一论断并不准确。事实上，胶质细胞突触具有可塑性，即胶质细胞也同神经元一样具有"记忆"功能，能产生长时程增强反应。这种反应机理，被认为与脑的信息处理、储存及学习记忆等有关。 这项成果被刊登在6月9日版的国际权威杂志《科学》（Science）上。
这一研究成果，是中科院上海生科院神经所段树民研究员及其博士研究生戈鹉平、杨秀娟等经过四年多的研究发现。这也是国际上首次对胶质细胞突触可塑性进行研究，并首次阐明其产生机理。以往人们认为仅神经元才具有通过突触部位进行信息传递和处理的功能，而我国科学家的研究成果表明，神经元与胶质细胞中的一种——NG2胶质细胞（又称少突胶质前体细胞）之间的突触联系也具可塑性，可产生长时程增强反应。
"脑内神经细胞的长时程增强反应可用'一朝被蛇咬、十年怕井绳'的俗语来形容。一朝被蛇咬，就是当时对人脑的一种强烈刺激，过了很长时间后，再看到蛇甚至是一根井绳，也会产生恐惧的心情，这就是当时的强刺激带来的长时程增强反应。"
有趣的是，这类新发现的神经元与胶质细胞间的突触产生长时程增强反应的机制，与以往人们熟悉的神经元间的突触产生可塑性的机制并不相同。胶质细胞也具有 "记忆"功能这一发现及其机理的阐明对人们更深入地认识大脑的工作原理具有重要意义。
第一次被蛇咬，第二次看到细长的绳子为何会“毛骨悚然”？经过四年多攻关，来自中国科学院的科学家证实：被传统教科书认为“没有信息传导功能”的大脑胶质细胞，其突触不仅能接受外界的信号，而且还能长时间“保存”并形成记忆，而不为神经元所独有。
采访中，中国科学院上海生科院神经科学研究所段树民研究员，以他们所做的实验向记者解释了机理：第一组实验中，他们先对胶质细胞突触进行一般刺激。而在第二组，刺激的强度先极强之后恢复一般。结果，第二组细胞内产生的反应强度，远远高于第一组。
据悉，这个成果对于人们认识大脑工作的机理有重要意义。
神经学科诞生百余年来，研究者一般把神经细胞中的神经元作为大脑的“聪明之源”，认为它们“触手”的尖端———突触具有信息传递和处理能力，而且这种能力可以改变，一旦改变还能维持很长时间，具有“长时程”的可塑性，这可能就是大脑智能的基础。好比“一朝被蛇咬，十年怕井绳”，大脑受到某一次较大刺激后，相关突触的反应机制就突然增强，这一“重塑”事件能被长期保存。
在人类百亿个脑细胞中，被认定为“智者”的神经元细胞约10亿个，其余则都是看似有点“懒惰”的胶质细胞。但为什么脑中胶质细胞的比例却与生物进化程度成正比？比如果蝇只有25％，老鼠仅65％，人类则高达90％。近年来的研究发现，神经元与一类“NG2”胶质细胞间存在直接的突触联系，但这种联系到底有何意义却一直不清楚。
中科院上海生科院神经所研究员段树民及其博士生戈鹉平、杨秀娟等，经过4年多研究，发现这种胶质细胞的突触同样具有神经元突触那样的可塑性，也能通过刺激产生“长时程”的增强反应。也就是说，它们其实也很“聪明”，可能与大脑信息处理、储存及学习、记忆有关。从这两类神经细胞的形态区分看，神经元细胞的“触手”较长，适于相对长距离的信息传递；而NG2胶质细胞的“触手”较短，似乎更适应某个局部的信息处理。
胶质细胞如何“另辟蹊径”接受神经元的信息？段树民介绍，大多数神经元之间突触可塑性的产生，是由于激活了一种叫NMDA的“信息感受器”———受体，尽管NG2胶质细胞并没有这种受体，但它们却拥有另一种与大多数神经元不同的AMPA受体，对钙离子也具有通透性，能让细胞外的钙离子进入细胞内，从而产生可塑性变化。这些发现对人们更深入认识大脑的工作原理具有重要意义。
脑内神经细胞包括神经元和胶质细胞两类，其中胶质细胞的比例是随着生物进化程度的增高而增高的。人类胶质细胞占总脑细胞的90%。但是，胶质细胞在过去并没有引起研究者足够的重视。人们认为只有神经元才具有信息传递和处理的能力，神经元之间可以通过突触进行信息传递和处理，而且这种突触的能力是可以改变的，即具有可塑性，当受到外界特异刺激时，突触的强度会增大，持续时间也会增长，这称为长时程可塑性。胶质细胞在人们眼中不过是一类惰性细胞，像“胶水”一样粘附在神经元周围，主要对神经元起到支撑和营养作用。
近年的研究已经发现神经元与NG2胶质细胞之间也有直接的突触联系，但其突触的意义及是否具有可塑性等问题仍然没有解决。段树民研究员等经过四年多的研究，发现这类突触也具有可塑性，可以产生长时程增强效应，但其机制却和神经元间突触不同。比较而言，神经元间突触的反应比神经元—NG2胶质细胞间突触的反应要大一些，前者主要用于远距离信息传递，后者可能主要用于信息的局部处理。
由于脑内有大量的NG2胶质细胞，而突触的长时程增强反应又被认为与脑的信息处理、储存及学习记忆等有关，因而NG2胶质细胞的突触具有可塑性这一发现及其产生机理的阐明，对人们认识脑的工作原理具有重要意义。
原文出处：
Long-Term Potentiation of Neuron-Glia Synapses Mediated by Ca2+-Permeable AMPA Receptors
Woo-Ping Ge, Xiu-Juan Yang, Zhijun Zhang, Hui-Kun Wang, Wanhua Shen, Qiu-Dong Deng, and Shumin Duan
Science 9 June 2006: 1533-1537.
Synapses between hippocampal neurons and nearby glial cells can become stronger after stimulation, just as excitatory neuron-neuron synapses can show long-term potentiation.
Abstract »| Full Text »| PDF »| Supporting Online Material »|
Publications
Shen, W., Wu, B., Zhang, Z., Dou, Y., Rao, Z., Chen, Y., and Duan, S. (2006) Activity-induced rapid synaptic maturation mediated by presynaptic cdc42 signaling. Neuron 50: 401-414.
Xu, X., Fu, A., Ip, F., Wu, C., Duan, S., Poo, M., Yuan, X., and Ip, N. (2005) Agrin regulates growth cone turning of Xenopus spinal motoneurons. Development 132: 4309-4316.
Pan, P., Cai, Q., Lin, L., Lu, P., Duan, S., and Sheng, Z. (2005) SNAP-29-mediated Modulation of Synaptic Transmission in Cultured Hippocampal Neurons. J. Biol.Chem. 280: 25769-25779.
Li, C., Lu, J., Wu, J., Duan, S., and Poo, M. (2004) Bidirectional Modification of Presynaptic Neuronal Excitability Accompanying Spike Timing-Dependent Synaptic Plasticity. Neuron 41, 257-268.
Yang, Y., Ge, W., Chen, Y., Zhang, Z., Shen, W., Wu, C., Poo, M., and Duan, S. (2003) Contribution of astrocytes to hippocampal long-term potentiation through release of D-serine. PNAS, 100: 15194-15199.
Zhang, J., Wang, H., Ye, C., Ge, W., Chen, Y., Jiang, Z., Wu, C., Poo, M. and Duan, S. (2003) ATP Released by Astrocytes Mediates Glutamatergic Activity-Dependent Heterosynaptic Suppression. Neuron, 40: 971-982.
Duan, S., Anderson C. M. , Keung, E. C., Chen, Y., Chen, Y., and Swanson R. A.(2003) P2X7 Receptor-Mediated Release of Excitatory Amino Acids from Astrocytes. J Neurosci, 23: 1320-1328
Wang, Z., Xu, N., Wu,CP., Duan, S., and Poo, M. (2003) Bidirectional changes in spatial dendritic integration accompanying long-term synaptic modifications. Neuron, 37: 463-472
Yuan, X., Jin, M., Xu, X., Wu, CP., Poo, M., and Duan, S.(2003) Signalling and crosstalk of Rho GTPases in mediating axon guidance. Nature Cell Biol , 5, 38 - 45 [Abstract]
Note: This paper is cited by Nature Signaling Gateway as a Featured Article.
Xiang, Y., Li, Y., Zhang, Z., Wang, S., Yuan, X.B., Wu, C., Poo, M. and Duan S., (2002) Nerve growth cones guidance mediated by G-protein-coupled receptors. Nature Neuroscience, 5, 843 - 848 [Abstract]
Anderson, C.M., Norquist, B.A., Vesce, S., Nicholls, D.G., Soine, W.H., Duan, S., and Swanson, R.A. (2002) Barbiturates Induce Mitochondrial Depolarization and Potentiate Excitotoxic Neuronal Death. J Neurosci, 22: 9203-9209
Duan, S., Cooke, I.M., (2000)Glutamate and GABA activate different receptors and Cl(-) conductances in crab peptide-secretory neurons. J Neurophysiol 83: 31-37
Swanson, R.A., Duan, S., (1999) Regulation of glutamate transporter function. Neuroscientist, 5: 280-282
Duan, S., Cooke, I.M., (1999) Selective inhibition of transient K+ current by La3+ in crab peptide-secretory neurons. J Neurophysiol 81:1848-1855
Duan, S., Anderson, C.M., Stein, B.A., Swanson, R.A., (1999) Glutamate induces rapid upregulation of astrocyte glutamate transport and cell-surface expression of GLAST. J Neurosci 19: 10193-10200
