Nature | 电位传导‘助推器’：少突胶质细胞对视觉皮层神经元可塑性的精准调控
加星标，再也不怕错过更新！方法见文末动图。
在神经系统中，神经元通过长长的轴突传导动作电位，借助末端突触在不同神经元之间传递感觉信息。为提升电路工作效率，生物进化出髓鞘（myelin）结构。髓鞘富含脂质，类似多层细胞膜，包裹在轴突外，充当天然绝缘结构，可大幅提高电信号传导速度，便于神经系统快速接收外界信息并作出回应。在中枢神经系统，髓鞘由少突胶质细胞（Oligodendrocyte，OL）产生，后者由少突胶质前体细胞（Oligodendrocyte precursor cells, OPCs）分化而来；外周神经系统的髓鞘则来自施旺细胞（Schwann cell）。
OPC到OL的发育过程
然而，相比于大脑其他类型细胞的发育过程，少突胶质细胞发育和髓鞘形成是个相当漫长的旅途，对人类而言需三十年。学界有一种解释，发育过程中的髓鞘可稳定神经环路，降低成年阶段皮层神经元“经验依赖”（experience-dependent）型可塑性，破坏髓鞘形成过程会影响成年皮层神经元功能。
为验证这一假说，2024年8月21日，美国加州大学旧金山分校维尔神经科学研究所的Jonah R. Chan和Wendy Xin课题组在《自然》杂志发表文章“Oligodendrocytes and myelin limit neuronal plasticity in visual cortex”。该研究利用基于Cre系统的基因编辑技术，破坏小鼠青春期OPC细胞的分化过程，随后对成年小鼠视觉皮层神经元“经验依赖”型可塑性进行评估，揭示了两者之间存在显著因果关系，为深入理解少突胶质细胞的功能提供了更多思路。
图1 青春期小鼠视觉经验影响少突胶质细胞谱系发育
研究人员通过眼睑缝合实现单眼视觉剥夺，借助GFP荧光蛋白和特异性表达基因评估新增殖的OPC细胞及成熟的少突胶质细胞。例如，表达GFP+MBP+CASPR+的细胞被认为是成熟且能产生功能性髓鞘的少突胶质细胞。其中，对侧皮层（contralateral cortex）接收来自被剥夺视觉眼睛的信息输入，同侧皮层（ipsilateral cortex）接收正常眼睛的信息输入。结果显示，与同侧皮层相比，对侧皮层具有成熟髓鞘的少突胶质细胞数量显著减少。
图2 阻碍青春期OPC细胞发育会增强成年皮层神经元“经验依赖”型可塑性
在确认青春期视觉经验能够调节少突细胞成熟过程后，研究人员进一步探究阻碍青春期少突胶质细胞发育是否会改变视觉皮层内神经元的功能和可塑性。借助Cre系统敲除影响 OPC分化的关键基因MYRF后，对照组小鼠从第4周到第8周，视觉皮层表达ASPA+的成熟少突胶质细胞迅速增加，而实验组KO小鼠的少突胶质细胞数量在第4周时就已达稳定水平。同时，MYRF敲除并未造成大规模细胞死亡和胶质细胞群体密度形态的改变。
图3 损害青春期OPC细胞发育会增强成年皮层神经元“经验依赖”型可塑性
长期以来，人们推测髓鞘形成对皮层神经元的成熟和可塑性调节至关重要，但从未探究过阻碍少突胶质细胞成熟和髓鞘形成的实际后果。在此，研究人员采用无创的光学成像方法监测皮层神经元活动，发现实验组KO小鼠的同侧和对侧皮层神经元反应活性明显减弱，其中同侧皮层更为显著，表明青春期正常的少突胶质细胞成熟和髓鞘形成是成年阶段皮层神经元行使功能所必需的。
图4 MYRF敲除影响皮层神经元的树突棘性质
这种宏观功能性变化可能涉及突触结构的改变。研究人员利用体内双光子成像技术发现，实验组KO小鼠皮层神经元树突棘较少且棘更新速度较高，很好地解释了KO小鼠皮层神经元反应活性减弱的现象。
图5 MRYF敲除能够缓解表达parvalbumin+神经元的抑制作用
表达parvalbumin+的神经元可在神经环路水平上，通过突触有效抑制视觉皮层神经元“经验依赖”型可塑性，而parvalbumin+神经元的轴突高度髓鞘化。因此，研究人员推测损害青春期髓鞘形成会解除这种抑制作用。果不其然，KO小鼠在成年阶段，传入视觉皮层锥体神经元的微型抑制电流（mIPSCs）频率显著降低，但未检测到振幅和其他动力学性质的变化，反映这可能是来自突触前的影响。
这项工作利用基因编辑成功阻碍了小鼠青春期少突细胞发育以及髓鞘形成，证实该过程能够提高成年小鼠视觉皮层神经元的可塑性，并且可能有助于稳定新建的突触连接，产生长时记忆。这些结果有力地证实了少突胶质细胞在塑造皮层神经环路的成熟与稳定过程中起着关键作用，同时也为发育中的髓鞘作为神经元可塑性的功能“刹车”这一概念提供了支持。
原文链接
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07853-8
参考文献
参考文献
Xiao Y, et al., Nat Neurosci, 2023
供稿 | 黄隽豪
责编 | 囡囡
设计 / 排版 | 可洲
微信号：FRCBS-THU
因扫码入群人员已满，可扫码添加中心官方微信号，管理员邀请入群
精彩回顾
精彩回顾
特别提示
微信公众号又双叒叕更改推送机制了，不是星标的订阅号，收到推送内容的时间会有延迟，甚至根本无法收到最新推送！不想错过FRCBS最新资讯，快来设为星标吧！
方法超简单，只需3秒钟！
点击上方卡片
关注我们吧
THE END
我知道你“在看”哟