神经胶质细胞啃噬突触可以增强学习和记忆能力

随着我们大脑的发育，大脑中的细胞会“吃掉”神经元元素以清除碎片、病原体，并帮助提高效率。最近的一项研究表明，鼠类的运动学习有助于增强伯格曼神经胶质细胞对突触的吞噬。这一发现可能有助于解释为什么抑郁症、精神分裂症和阿尔茨海默症患者会出现突触萎缩和损失。

捕捉到胶质细胞吞噬的三维重建突触结构。A代表部分三维重建的浦肯野细胞树突(黄色)。沿着树突发现了高密度的多刺。在许多脊柱中，发现了异常的突起(来自脊柱的突起用红色表示)。这些突起在运动学习后小鼠小脑组织中被观察到频率很高。突起被Bergmann胶质突吞噬。用聚焦离子束扫描电子显微镜(FIB-SEM)捕获图像，用计算机软件进行三维重建。B显示突触前扣(青色)和突触后棘(黄色)的特写。红色代表突触前和突触后特化的突触接触面。正常的突触结构用半透明的颜色表示。Bergmann胶质细胞过程吞噬的突触结构以不透明的颜色显示。部分突触前和突触后结构都被伯格曼胶质细胞吞噬，导致突触结构体积缩小。神经胶质细胞吞噬突触结构在运动学习后的脑组织中更为常见。    

日本东北大学(Tohoku University)的研究人员已经证明，伯格曼神经胶质细胞(Bergmann胶质细胞，小脑中的星形细胞样细胞)会“吃掉”健康活脑组织中邻近的神经元元素。

突触——神经元相互传递信号的结构——在大脑发育过程中经常被修剪以提高效率。这被认为会导致各种大脑疾病。

发表在《Nature Neuroscience》上的发现在小鼠小脑的运动学习过程中，伯格曼神经胶质对突触的吞噬增强了，小脑是大脑中负责学习的重要区域。此外，阻断这种吞噬的药物抑制了突触结构的变化，导致部分学习和记忆过程丢失。

神经胶质细胞，占大脑一半的非神经元细胞，以前被认为就像胶水一样——只是填补了神经元之间的空隙。然而，最近的研究表明，神经胶质细胞以其独特的方式编码信息。

“当然，胶质细胞不是神经元的另一个子类，”日本东北大学超级网络大脑生理学实验室的Ko Matsui教授说，他领导了这项研究。“我们还没有发现神经胶质对信息处理的影响。”

当细胞吞噬邻近的细胞以清除碎片和病原体时，称为吞噬作用。小胶质细胞(大脑中的免疫细胞)在受损和病变脑组织中的吞噬作用早已被认识到。最近的报道已经证实，星形胶质细胞和小胶质细胞吞噬神经元元素，包括大脑发育早期或病变大脑中发生神经网络重构时的突触。在健康的大脑中追踪被吞噬的物质是一项挑战，因为神经胶质中的溶酶体会迅速使蛋白质退化。

Matsui和他的团队转向抗变性荧光蛋白pHRed来缓解这个问题。利用高分辨率3D电子显微镜，他们捕捉到了伯格曼胶质细胞在成年健康小鼠大脑中啃噬突触部分和其他神经元部分的情况。此外，在小脑依赖的运动学习任务后，脑组织的胶质吞噬增强。当吞噬作用被药理阻断时，一些学习就会丢失。

“我们的发现提供了一种在突触可塑性中连接学习和记忆的新的神经胶质机制。在我们思维的特定状态下，神经胶质的吞噬能力可能是可变的，神经胶质可能在记忆形成的元可塑性中发挥关键作用，”Matsui说。

首席研究人员Yosuke Morizawa博士说，他们的发现可能有助于解释为什么抑郁症、精神分裂症和阿尔茨海默症患者会出现突触萎缩和损失。

研究小组的下一步是观察这些疾病的动物模型中突触的神经胶质吞噬功能是否出现故障。“一种以神经胶质吞噬为目标的治疗策略可能会增强记忆，并治疗某些脑部疾病，”Matsui补充说。

参考文献

Synaptic pruning through glial synapse engulfment during motor learning