摘    要

 

      小胶质细胞是常驻在大脑中的巨噬细胞,起到协助调节脑功能的作用。它能够移除濒死的神经元,剪除无功能突触,并生成支持神经元存活的配体。而本研究表明,在小鼠的神经活动和相关行为学反应中,小胶质细胞本身就是重要的调节者。它能通过抑制神经元活动来响应神经激活,而它的消融则会放大并同步神经元活动,最终导致癫痫的发生。
 
        小胶质细胞抑制神经激活的作用有着高度的脑区特异性,而且还取决于它感应和分解细胞外ATP的能力。当神经激活发生后,神经元和星形胶质细胞就会释放ATP, 进而触发小胶质细胞突起的募集。而后者的胞外水解酶CD39能够将ATP/ADP转变成为AMP,并在CD73(表达在小胶质和其它神经细胞中)的作用下进一步转化成腺苷。上述的这些步骤及之后通过腺苷受体A1R而实现的由腺苷介导的神经反应抑制,对于神经活动的调节以及动物行为来说是必不可少的。我们的发现表明,这种小胶质细胞驱动的负反馈机理起到了类似于抑制性神经元的作用,能够在健康及疾病状态下保护大脑免受过度刺激的影响。
 

研究重点

 

      通过单核RNA表达分析、原位RNA杂交及动物行为学实验,作者发现在纹状体灰质中由白介34维持的,而非位于白质中由Csf1维持的的小胶质细胞的丢失,才会造成D1神经元激动剂处理后的小鼠产生更强的癫痫反应。这些数据说明,小胶质细胞对于神经刺激诱导的神经元活动有着重要的调控作用。这种作用有着脑区特异性,并且取决于小胶质细胞的数量。

 

      通过HPLC及质谱实验,结合动物行为学观察,作者证明了在小胶质细胞介导的对纹状体D1神经元的抑制功能中,上述的ATP–AMP–ADO–A1R级联起到了关键的作用。

 

      使用双光子技术,对位于皮层中的表达eGFP标记的小胶质细胞进行实时成像,作者实现了对其突起的位置和速率的在体追踪。实验发现,神经活动诱发的由突触释放的ATP,能够起到局部化学吸引剂的作用,将小胶质细胞突起的定向募集引向活化的突触。而通过使用Axion公司的MEA系统,作者还发现在体外的原代皮层神经元经由谷氨酸激活后,小胶质细胞能够降低其发放频率,而且这种作用依赖于CD39和A1R。这都说明新发现的由小胶质细胞控制的负反馈基质也有可能运作于除纹状体之外的其它脑区。

 

Axion MEA 实验结果

 

 

      将下列药物(Glutamate, A1R Agonist, A1R Antagonist, Adenosine, CD39 inhibitor)单独或者混合加入胎鼠皮层原代神经元样本(图a&b)或与小胶质细胞的共培养体系(图c&d),分析各个处理条件下神经元放电频率变化百分比:

 

a) 腺苷A1受体激动剂显著地抑制神经元电活动,而Glutamate作用则相反,且两者混合处理对电活动依然有抑制作用。说明被激动剂激活后的腺苷A1受体可以调节神经元活动,并表现出非谷氨酸依赖的特性。

 

b) 腺苷明显地抑制了神经元电活动,而加入A1R拮抗剂则极大地削弱了这种抑制作用。因此该抑制作用是通过激活A1R来实现的。

 

c) 小胶质细胞与神经元共培养后,谷氨酸对神经元活动的激活作用被抑制,AIR拮抗剂的加入则削弱了这种抑制。推测该抑制作用是以A1R依赖的方式实现的。

 

d)敲除CD39基因可恢复小胶质细胞对神经元电活的抑制作用。可以推断出该抑制作用是以CD39依赖的方式实现的。

 

 

MEA实验设计:

      MEA实验使用到了Axion公司的AccuSpot Classic 48孔微电极阵列板,其电极密度为16个/孔。胎鼠皮层原代神经元样本被稀释到12 million cells/ml的浓度,然后以5 μl体积的液滴(约6万个细胞)精准接种到每个样本孔的电极阵列正上方。在体外培养12天以后,在每个MEA孔内加入10万个经分离得到的小胶质细胞。到第14天时,先用Axion公司的MaestroMEA系统连续记录10分钟的样本电信号作为基准值。两小时后,再用如下的化合物组合来分别处理不同样本:10 μM glutamate, 100 nM A1R agonist, 100 nM A1R antagonist, 10 μMadenosine, 200 μM CD39 inhibitor。药物处理结束1小时后,再用Maestro记录样本电生理信号。在使用Axion公司的AxIS软件进行数据分析时,那些平均放电率小于1 Hz及包含非活动电极的样本结果不参与计算。

 

 

 

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