一(yī)，突觸(chù)可塑性

神經(jīng)元在學習和(hé)記憶等高級大(dà)腦功能(néng)中的(dí)作用已經得(dé)到了很(hěn)好(hǎo)的證實。加(jiā)拿大心理學家唐納(nà)德·赫布(Donald Hebb)提出(chū)的(dí)赫布(bù)學(xué)習(xí)定律(lǜ)(Hebb’s law of learning)揭示，大腦記憶的物(wù)質(zhì)基(jī)礎是突觸的可塑(sù)性。突觸可塑(sù)性最初(chū)是指神經(jīng)元(yuán)間突觸連接(jiē)在(zài)形(xíng)態(tài)和功(gōng)能(néng)上(shàng)的(dí)改變，主要表現為長時程(chéng)增強(LTP)和長(cháng)時(shí)程抑製(LTD)。當兩個(gè)神(shén)經元連接在一(yī)起(qǐ)並產(chǎn)生神經衝動(dòng)時，它們(mén)之(zhī)間的突觸傳(chuán)遞就會增(zēng)強，從而導(dǎo)致更(gēng)有效(xiào)的(dí)神(shén)經元激(jī)活。LTP是突觸可(kě)塑(sù)性的主(zhǔ)要(yào)形式(shì)，LTP和(hé)LTD都是(shì)學習(xí)和記(jì)憶等高(gāo)級腦功(gōng)能的生(shēng)物(wù)學基(jī)礎。

二(èr)，星(xīng)形(xíng)膠質(zhì)細(xì)胞和突觸(chù)可塑性

在發現神經元在大腦(nǎo)高(gāo)級活(huó)動(dòng)中的各(gè)種功(gōng)能後(hòu)，星形膠(jiāo)質細胞也被(bèi)發(fā)現與(yǔ)大腦的(dí)高級功能密切相(xiāng)關。20世紀(jì)50年(nián)代(dài)，阿爾伯(bó)特·愛(ài)因斯坦(tǎn)qu世後，人(rén)們(mén)發現他的大腦與正常人(rén)的大(dà)腦wei一(yī)不(bù)同之(zhī)處(chǔ)在於星形膠質細胞(bāo)及(jí)其過程的(dí)數(shù)量和大小更大。因此，假(jiǎ)設星形膠質細胞在(zài)大(dà)腦(nǎo)的高級功能(néng)中發揮重要(yào)作用。在(zài)過去的(dí)二十年裏，星(xīng)形膠(jiāo)質細胞的(dí)研究取(qǔ)得了重大(dà)進(jìn)展。隨(suí)著(zhuó)星形(xíng)膠(jiāo)質(zhì)細(xì)胞在高(gāo)級(jí)腦功能(néng)中的(dí)作(zuò)用越(yuè)來越(yuè)清(qīng)晰，它們在突觸(chù)可塑(sù)性(xìng)中的作(zuò)用(yòng)也(yě)得到了(liǎo)證實(shí)。突(tū)觸可(kě)塑性的定義也(yě)得(dé)到了擴展(zhǎn)和(hé)發(fā)展。本文(wén)總結(jié)了星形(xíng)膠質(zhì)細胞主(zhǔ)要通過(guò)鈣(gài)信號，膠質(zhì)遞(dì)質的釋(shì)放(fàng)，與神經元的相互作用以及(jí)星形(xíng)膠(jiāo)質細(xì)胞(bāo)的可塑性等(děng)幾(jī)個(gè)方麵(miàn)在突(tū)觸可(kě)塑性(xìng)中發(fā)揮重要作用。

三，鈣(gài)信號和膠質(zhì)遞(dì)質的釋(shì)放(fàng)

早(zǎo)期的研究表明(míng)，星(xīng)形膠質細胞中的鈣(gài)信號(hào)通過(guò)誘導(dǎo)星形膠質細胞穀氨(ān)酸釋放來(lái)調節(jié)突(tū)觸可(kě)塑性(xìng)，而穀氨酸釋(shì)放通過作用於突(tū)觸外的NMDA受(shòu)體(tǐ)，導致微型突(tū)觸後(hòu)電流(liú)(PSCs)頻率(shuài)的(dí)NMDA受(shòu)體依賴性(xìng)增加。2004年(nián)有報(bào)道(dào)稱，星(xīng)形膠質(zhì)細胞(bāo)釋放穀氨酸(suān)可在CA1區(qū)錐(zhuī)體神經(jīng)元(yuán)上誘(yòu)發(fā)AMPA受體介導的(dí)自發性興(xīng)奮(fèn)性PSCs，從(cóng)而調節突(tū)觸(chù)可塑性。此外，感覺或電刺激(jī)引(yǐn)起(qǐ)的體(tǐ)內(nèi)膽鹼(jiǎn)能活性升高海(hǎi)馬星(xīng)形膠(jiāo)質細胞中鈣離子(zǐ)的(dí)濃度，進(jìn)而通過釋放穀(gǔ)氨酸誘導海馬CA3-CA1突觸LTP。

除了穀(gǔ)氨酸(suān)，星形膠質細(xì)胞在Ca2+升高後(hòu)還(huán)釋放其他膠質(zhì)遞質(zhì)，zuitu出(chū)的(dí)是(shì)d -絲(sī)氨(ān)酸，NMDA受體(tǐ)的協(xié)同(tóng)激動劑和ATP。已(yǐ)經(jīng)證明(míng)，星形(xíng)膠質細胞釋放d -絲氨酸(suān)控製(zhì)鄰(lín)近(jìn)興奮(fèn)性(xìng)突(tū)觸(chù)中(zhōng)nmdar依賴的(dí)可塑(sù)性。此外(wài)，突觸傳遞的LTP也依賴於(yú)星(xīng)形膠質細(xì)胞釋放d -絲氨酸。

此(cǐ)外(wài)，星(xīng)形膠質(zhì)細(xì)胞(bāo)釋放(fàng)的ATP調節(jié)動物(wù)模(mó)型(xíng)中的抑鬱樣行為，很可能調(tiáo)節(jié)患者的(dí)臨床抑鬱。此(cǐ)外，星(xīng)形(xíng)膠(jiāo)質細胞(bāo)ATP釋放減少導致(zhì)P2X2Rs對(duì)內(nèi)側前(qián)額葉皮(pí)層(mPFC) gabaergy中(zhōng)間神經(jīng)元(yuán)的(dí)刺激(jī)減少，從而減少gabaergy抑製並提高興奮性(xìng)。星形(xíng)膠(jiāo)質細胞ATP的(dí)釋(shì)放(fàng)在星形(xíng)膠(jiāo)質細(xì)胞-神經元(yuán)的(dí)相互通訊(xùn)中(zhōng)無(wú)疑是重要的(dí)。

除了上(shàng)麵討(tǎo)論(lùn)的(dí)典型膠質(zhì)遞(dì)質外(wài)，乳(rǔ)酸也是(shì)一(yī)種(zhǒng)重(zhòng)要(yào)的膠(jiāo)質(zhì)遞(dì)質(zhì)，尤其(qí)是對(duì)突觸(chù)後(hòu)神經元。通過(guò)糖(táng)原分解(jiě)，星(xīng)形(xíng)膠質細(xì)胞將糖(táng)原轉化為乳酸，並(bìng)通(tōng)過(guò)MCT1或(huò)MCT4轉(zhuǎn)運(yùn)體釋(shì)放(fàng)到突(tū)觸(chù)中。然後(hòu)神經元(yuán)就可(kě)以通(tōng)過它(tā)們的MCT2轉運體吸(xī)收它們。乳酸是星形膠質細(xì)胞(bāo)提供的(dí)一(yī)種額(é)外的代(dài)謝能量(liáng)形(xíng)式，可(kě)促進神經(jīng)元生長(cháng)和調節突觸可塑(sù)性。

四，通過(guò)與(yǔ)神經元的相(xiāng)互作用影響突觸(chù)傳遞(dì)

除(chú)了(liǎo)通過釋(shì)放膠質遞質調節(jié)神經元(yuán)活(huó)動外，星(xīng)形(xíng)膠質細胞還(huán)通過位(wèi)於(yú)細胞外表(biǎo)麵(miàn)的(dí)星(xīng)形(xíng)膠質細(xì)胞受體與神(shén)經(jīng)元(yuán)相(xiāng)互作用，在(zài)突觸(chù)傳(chuán)遞中發(fā)揮(huī)作用。例如，有(yǒu)人(rén)指(zhǐ)出星形(xíng)細(xì)胞對突觸(chù)的(dí)調(tiáo)節主要基於(yú)細(xì)胞(bāo)內Ca2+依賴(lài)性過程(chéng)以(yǐ)及(jí)受(shòu)體激活的結(jié)果(guǒ)，特別是I組代謝型(xíng)穀(gǔ)氨酸能受(shòu)體(tǐ)(mGluRs)。其中(zhōng)，5亞(yà)型(xíng)受體(mGluR5)是在星形細胞(bāo)過程中(zhōng)感(gǎn)知穀(gǔ)氨(ān)酸(suān)突(tū)觸釋(shì)放的主要受體，而(ér)不是(shì)神經元上(shàng)低(dī)親(qīn)和力且快速(sù)脫敏(mǐn)的AMPAR。星(xīng)形膠質(zhì)細胞(bāo)在(zài)基礎突(tū)觸傳遞(dì)過(guò)程中通(tōng)過(guò)mGluR5激(jī)活後(hòu)，通過(guò)突觸(chù)前(qián)腺(xiàn)苷A2A受(shòu)體激活提高CA1錐(zhuī)體(tǐ)細胞(bāo)的(dí)傳遞效(xiào)率，提示其(qí)直接參(cān)與(yǔ)神(shén)經元(yuán)對(duì)突觸(chù)傳遞的調節。

P2X和P2Y受(shòu)體(tǐ)是與ATP結合(hé)的(dí)特異性受(shòu)體，在(zài)神經元(yuán)和星形細(xì)胞(bāo)細(xì)胞膜上(shàng)均(jūn)有表達(dá)。星(xīng)形膠(jiāo)質(zhì)細(xì)胞中(zhōng)表達的P2YRs參與(yǔ)維持神經功(gōng)能和星形(xíng)膠質細胞-神(shén)經元通訊。P2Y1Rs的刺(cì)激(jī)會(huì)減弱(ruò)PFC中(zhōng)星形細胞的NMDAR電流，但(dàn)ATP激(jī)活P2Y4Rs會(huì)釋放星形(xíng)細胞中(zhōng)的泡狀穀(gǔ)氨酸，從而(ér)促進(jìn)NMDAR電(diàn)流的產(chǎn)生。此外(wài)，星形膠質細胞(bāo)P2X7R被(bèi)ATP激活後(hòu)，會釋放(fàng)穀(gǔ)氨酸，γ -氨(ān)基(jī)丁酸(GABA)等其(qí)他膠質(zhì)遞(dì)質，刺激(jī)鄰近(jìn)神經元(yuán)，調節(jié)神經元功(gōng)能。

此外(wài)，在(zài)突(tū)觸中(zhōng)表(biǎo)達的一個名為(wéi)ephrinb和Eph受體(tǐ)的(dí)跨(kuà)膜蛋(dàn)白家族曾被認(rèn)為(wéi)調(tiáo)節突(tū)觸的傳遞和可(kě)塑性。它(tā)們除了存在於(yú)海馬(mǎ)體CA1神經元上外，還(huán)被確(què)定在(zài)海(hǎi)馬(mǎ)體(tǐ)星(xīng)形膠質(zhì)細(xì)胞上(shàng)表(biǎo)達，調節d -絲氨(ān)酸的(dí)合(hé)成(chéng)和釋放。此(cǐ)外(wài)，研究發現星形(xíng)膠質細(xì)胞通過EphA4的配(pèi)體EphrinA3與EphA4相(xiāng)互作(zuò)用來調節(jié)LTP，從而與(yǔ)神經元進行交流。同時(shí)，穀(gǔ)氨(ān)酸(suān)轉運蛋白1 (GLT-1/EAAT2)在LTP後期(qī)負責(zé)調(tiáo)節細(xì)胞(bāo)外穀氨酸的濃(nóng)度。EphrinA3和(hé)EphA4之間的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)也(yě)參(cān)與GLT-1水平(píng)的降(jiàng)低(dī)，使正常(cháng)的突(tū)觸(chù)發生。顯(xiǎn)然，突觸(chù)後神(shén)經元(yuán)LTP的誘導(dǎo)需(xū)要(yào)星形(xíng)膠(jiāo)質細胞(bāo)的(dí)參與(yǔ)。圖1顯(xiǎn)示了記憶形(xíng)成(chéng)過程中(zhōng)突(tū)觸後神(shén)經(jīng)元(yuán)-星形(xíng)膠(jiāo)質細胞通訊(xùn)的整(zhěng)合(hé)模型。

此(cǐ)外(wài)，星(xīng)形膠質細胞(bāo)也(yě)通(tōng)過(guò)其(qí)受(shòu)體(tǐ)在中毒的記憶(yì)破(pò)壞(huài)作用中(zhōng)發揮作用(yòng)。星(xīng)形膠質(zhì)細(xì)胞(bāo)-神經(jīng)元(yuán)相互(hù)作用的一個典型例子(zǐ)是，體(tǐ)內(nèi)暴露(lòu)大ma素(sù)激活星(xīng)形膠(jiāo)質細胞1型(xíng)大(dà)ma素受體(tǐ)(CB1R)誘導(dǎo)穀氨(ān)酸(suān)釋(shì)放，進而激(jī)活NMDAR，在CA3-CA1突(tū)觸觸發AMPAR內(nèi)化。這些事(shì)件最(zuì)終(zhōng)導致這(zhè)些突觸(chù)產(chǎn)生LTD，改變海(hǎi)馬(mǎ)體回(huí)路的(dí)功(gōng)能(néng)，可能無法處(chǔ)理空間工(gōng)作(zuò)記憶(SWM)。值得一提的是，該病(bìng)例涉及(jí)的關(guān)鍵機(jī)製(zhì)在很(hěn)大程(chéng)度上取(qǔ)決(jué)於星(xīng)形細胞CB1R的(dí)功(gōng)能(néng)，而不是(shì)神經元CB1R，這揭(jiē)示(shì)了星(xīng)形(xíng)細(xì)胞(bāo)在學(xué)習(xí)和記憶(yì)過程(chéng)中的關(guān)鍵(jiàn)作用(yòng)的新(xīn)的機製(zhì)觀(guān)點。

五(wǔ)，星(xīng)形可(kě)塑性

星形(xíng)膠質細胞本身具(jù)有延(yán)展(zhǎn)性，也(yě)表現(xiàn)出(chū)可(kě)塑性(xìng)，特別(bié)是在(zài)激活(huó)狀(zhuàng)態下。在齧齒(chǐ)動物的(dí)新皮層突觸(chù)結(jié)構中，30- 60%是(shì)星形(xíng)膠(jiāo)質(zhì)細(xì)胞和(hé)神經(jīng)元(yuán)之間(jiān)形成的(dí)三方(fāng)結(jié)構。在海馬和體(tǐ)感(gǎn)覺皮(pí)層IV區(qū)，60- 90%的棘(jí)突(tū)被(bèi)星(xīng)形膠(jiāo)質(zhì)細胞(bāo)突起(qǐ)包裹。星形細(xì)胞可塑性通過細(xì)胞過程遷移影響突觸形(xíng)成(chéng)來控(kòng)製母乳喂養(yǎng)的(dí)潛力(lì)是(shì)其gong認的例子之(zhī)一(yī)。此外(wài)，將人類(lèi)星(xīng)形膠質細(xì)胞(bāo)嵌合(hé)到(dào)小鼠(shǔ)大腦中創造(zào)的“超(chāo)級(jí)小鼠(shǔ)"顯著增強了它們的突(tū)觸(chù)可(kě)塑性，以及(jí)快(kuài)速(sù)學習和記(jì)憶能力。因(yīn)此(cǐ)星(xīng)形(xíng)細胞的(dí)可(kě)塑(sù)性直接(jiē)影響突觸的(dí)可塑(sù)性(xìng)。

為(wéi)了更好地(dì)理解關於星(xīng)形(xíng)膠質細胞的不同觀點及(jí)其(qí)與可(kě)塑(sù)性的(dí)關係，我們將(jiāng)與(yǔ)可(kě)塑性(xìng)相關的分子(zǐ)歸納(nà)為表1中的三類:星形膠質(zhì)細胞可塑性(Astroplasticity)，三邊(biān)結(jié)構(gòu)星形(xíng)膠(jiāo)質(zhì)細胞(bāo)可(kě)塑性(xìng)(Perisynaptic Astroplasticity)和(hé)神經(jīng)元可塑性(Neuroplasticity)。

六，結(jié)論(lùn)

星形膠(jiāo)質(zhì)細胞通過調(tiáo)節突(tū)觸(chù)和(hé)非突觸可(kě)塑(sù)性(xìng)(星形(xíng)膠質細(xì)胞可塑(sù)性)，並(bìng)通(tōng)過(guò)信(xìn)號交換與(yǔ)神(shén)經(jīng)元(yuán)協同工作(zuò)，在完成(chéng)大(dà)腦神經活動中(zhōng)起著(zhuó)至關重(zhòng)要的作用。關於(yú)星形膠(jiāo)質細胞及其在可塑性(xìng)中(zhōng)的作用的綜合研(yán)究(jiū)仍在進行中，即將(jiāng)到來的(dí)結(jié)果將為我們(mén)從多(duō)個角(jiǎo)度更好地理解大腦(nǎo)高(gāo)級(jí)功能的(dí)機(jī)製(zhì)提供機(jī)會(huì)。