小胶质细胞和神经元胞体形成新功能连接

[所属分类:新闻动态] [发布时间:2019-12-19] [发布人:] [阅读次数:] [返回]

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匈牙利科学院实验医学研究所神经免疫学实验室ádám Dénes团队发表论文，发现小胶质细胞和神经元胞体之间形成一种新的功能连接。
为了能够完整的观察到小胶质细胞和神经元的相互作用，研究人员向CX3CR1-GFP小鼠中电转入pCAG-IRES-tdTomato质粒，实现可在双光子活体显微镜下观察到小胶质细胞和皮层第2-3神经元胞体的接触。
令人意外的是，小胶质细胞的分支更喜欢接触之前已经检测过的部位。小胶质细胞运动轨迹分析表明它对神经元胞体"体检"的平均时间为25min,并形成连接；和树突"体检"的时间仅为7.5min。
离体共聚焦显微镜进一步定量分析发现，在小鼠中小胶质细胞和91％的皮质锥体神经元，96％的vGluT3 阳性神经元和87％的小清蛋白阳性中间神经元的胞体都存在"肢体接触"；只有9％的谷氨酸能突触和14％的GABA能突触与小胶质细胞的分支发生接触。
值得注意的是，发现人类新皮层中的神经元中有87％也和小胶质细胞发生接触。这就说明小胶质细胞和神经元胞体之间形成的连接具有广泛性。
随着研究的深入，科研人员发现小胶质细胞在神经元胞体的连接可以通过胞吐作用相关的信号感知神经元变化的。在生理条件下胞吐过程中需要GTP和ATP，这些能量是从神经元细胞体中释放的，并且ATP（ADP）是通过小胶质嘌呤受体P2Y12R引起的小胶质分支运动的主要驱动因子。通过共聚焦显微镜和，随机光学重建显微镜（STORM，分辨率可达20nm级别）联用技术发现P2Y12R密集聚在小胶质细胞和神经元胞体的连接处。
新连接的结构图
通过电子显微镜进一步发现小胶质细胞-神经元胞体连接具有独特的超微结构，这种结构位于在神经元细胞体内由紧密结合的线粒体，网状膜结构和囊样膜结构。这种连接在人类脑组织也被发现。P2Y12R密度与连接内小胶质细胞膜和神经元膜之间的距离呈负相关。此外，更多的小胶质细胞膜上的P2Y12R直接接触神经元细胞体。这些结果表明嘌呤能信号在小胶质细胞神经元胞体连接的形成中起重要作用。
研究人员将高效选择性P2Y12R抑制剂PSB0739注入小脑延髓池可以显著降低小胶质细胞和神经元胞体连接寿命（约45％），但不影响小胶质细胞-神经元树突接触的寿命。这些结果表明小胶质细胞是通过P2Y12R信号感知神经元活动的信号。
是否还存在另外一种可能就是小胶质细胞能够直接感受到神经元活动变化？利用化学遗传学技术将携带hSyn-hM3D（Gq）-mCherry的病毒注射到CX3CR1-GFP小鼠和CX3CR1-GFP-P2Y12R敲除小鼠的皮层中，这样就可以观察到有或无P2Y12R的情况下小胶质细胞是否直接感知神经元活动，结果发现在慢性激活神经元活性后可促进CX3CR1-GFP小鼠中小胶质细胞和胞体的接触，而在CX3CR1-GFP-P2Y12R敲除小鼠并未观察到这种促进作用。这更进一步说明小胶质细胞在这种新的连接位置中是通P2Y12R信号感知神经元活动的。
上述这种新的连接都是在正常生理状态下的，那么在病理状态下这种连接发挥怎样的功能？研究表明小胶质细胞对脑卒中后梗塞边界区神经元活动的变化快速反应。研究人员在脑卒中模型小鼠中发现破碎的线粒体结构，此外小胶质细胞与神经元胞体之间的连接数量约增加3.8倍。而P2Y12R抑制剂PSB0739注入小脑延髓池后可阻断这种连接的增加。这些结果表明在病理状态下这种新连接可以保护神经元受损。