中国科学院神经科学研究所段树民研究员最新研究发现,大脑中的星形胶质细胞对神经元活动具有两个新的重要作用:一方面,它可以让高度兴奋的神经元保持适当“冷静”,免受疾病侵袭;另一方面,它能使神经元产生长时间增强反应,使人学得进、记得牢。本周最新一期国际著名杂志《神经元》和《美国科学院报》分别刊登了这两项研究成果的论文。这两项研究成果是中科院上海生命科学研究院神经研究所段树民研究员及其学生张景明、杨云雷取得的。据科研人员介绍,大脑是由两种细胞组成的,一种是神经元,主要有兴奋性神经元和抑制性神经元,它们分别通过在突触部位释放谷氨酸和γ-氨基丁酸传递神经信息,对脑的兴奋性产生影响。另一种是胶质细胞,生物进化程度越高,胶质细胞占脑内总细胞的比例也越大,如果蝇的胶质细胞占脑细胞总量25%,小鼠占65%,而人类则高达90%。在胶质细胞中,星形胶质细胞占据半壁江山。但长久以来,人们认为胶质细胞只对神经元起营养和支持作用,对神经信号的传递和处理不起作用。近年来,这一观点不断受到科学家的挑战,星形胶质细胞成为脑功能研究的重点之一。
段树民及其学生在小鼠脑研究中发现,兴奋性神经元活动增加时,其在突触部位释放的谷氨酸可以刺激邻近的星形胶质细胞,使其释放出三磷酸腺酐(ATP),ATP不仅对兴奋的神经元产生适度的抑制作用,还抑制周围神经元的活动,从而防止神经元的过度兴奋。而神经元过度兴奋会引发不少疾患,如癫痫、中风等。此外,胶质细胞还对神经环路在进行复杂运算等活动时起到整合作用。这一发现对突触调制和神经网络的认识具有重要意义,《神经元》在刊登论文的同时发表评论,对这一研究成果给予高度评价。
段树民及其学生还发现了星形胶质细胞另一功能,即神经元要产生长时间增强反应离不开星形胶质细胞的帮助。神经元长时间增强反应被认为是大脑学习和记忆的基础,星形胶质细胞通过释放D-丝氨酸,可以帮助神经元产生短则数小时、长则几天的增强反应。这一发现提示:星形胶质细胞可能对脑的高级功能活动具有重要作用。
占人类大脑细胞总量90%以上的胶质细胞,真的仅仅是神经元的“营养剂”吗?近年来,世界各国的多位科学家们开始相信并试图证实:胶质细胞在大脑活动中扮演的角色并不这么简单,上海科学家在其中领先一步。两本国际神经科学领域顶级杂志——前天出版的《神经元》和已见诸网上、将于下周正式出版的《美国科学院报》,发表了中科院上海生科院神经所的段树民研究员及其学生张景明、杨云雷的两项研究成果——一种星形胶质细胞果然是大脑神经环路活动的重要整合者,并可能对学习、记忆等脑的高级功能活动产生重要作用。
生物的大脑由两类细胞组成,即神经元和胶质细胞。传统研究大多把焦点集中在神经元细胞上,认为胶质细胞只对神经元起营养支持作用,而对神经信号的传递和处理不起作用。但有意思的是,人们发现:生物的进化程度越高,胶质细胞在其脑内细胞中所占的比例也越高,果蝇脑内的胶质细胞含量只有25%,老鼠为60%,人脑内90%的细胞皆为胶质细胞。《神经元》在刊登中国科学家的论文的同时还发表评论说:“过去10年的研究已改变了我们对于胶质细胞整合能力的看法,我们现在认识到,这些细胞在神经系统的运作机制中扮演着必不可少的角色。究竟是哪些角色呢?中国科学家在他们的实验里详细解释了其中的一种,通过释放三磷酸腺酐(ATP)来防止神经元的过度兴奋。”
星形胶质细胞工作原理
●抑制过度兴奋。收到邻近的兴奋性神经元发出的信息后,星形胶质细胞释放ATP,从而抑制周围神经元的活动,不让其过度兴奋。我们常知的癫痫、中风等疾病都与神经过度兴奋有关。这一发现对神经网络的认识具有重大意义。
●帮助学习记忆。胶质细胞还能释放D——丝氨酸,为神经元的长时程增强反应助一臂之力。由于长时程增强反应一直被认为是脑学习和记忆的基础,这一发现提示了星形胶质细胞对脑的高级功能活动可能具有重要作用。