Cerebral Cortex：王朗课题组揭示星形胶质细胞具有稳态可塑性

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2021年8月17日，浙江大学医学院系统神经与认知科学研究所王朗团队在Cerebral Cortex杂志在线发表了最新研究成果“Homeostatic regulation of astrocytes by visual experience in the developing primary visual cortex”，揭示了出生后发育阶段初级视皮层（primary visual cortex, V1）星形胶质细胞受到不同模式视觉经验的调控，并在视觉经验长期缺失时表现出稳态可塑性。

在出生后发育早期，大脑皮层神经微环路的结构和功能严重依赖于感觉经验的调控。以往的研究主要关注神经元可塑性在其中的作用和机制。作为皮层神经微环路的另一个重要成员，星形胶质细胞不仅数量远远超过神经元，在形态结构上也与神经元胞体和突触有密切接触。有大量研究表明，星形胶质细胞可以调控神经元的兴奋性以及突触传递，从而进一步调控神经元的可塑性。然而，尚不清楚大脑皮层中的星形胶质细胞自身是否同样具有依赖于感觉经验的可塑性。

王朗课题组使用多种视觉经验调控模式和特异性抗体标记，系统研究了出生后早期发育阶段V1中II-III层（layer 2/3, L2/3）星形胶质细胞的表达类型和生理特性。研究结果表明，同样在视觉发育关键期对小鼠进行短暂的视觉经验调控，双眼视觉剥夺比单眼视觉剥夺对星形胶质细胞的影响更大，主要体现在反应性星形胶质细胞数量以及百分比的显著降低。

图1. 在关键期进行短期的双眼视觉剥夺（DE）降低了V1 L2/3反应性星形胶质细胞的数量和百分比

更加有趣的是，长达四周的长期视觉经验剥夺虽然显著降低了反应性星形胶质细胞的数量，却显著增加了相邻星形胶质细胞之间缝隙连接的耦合强度。当重新给与光照时增加的缝隙连接强度可部分恢复。这一结果说明，星形胶质细胞自身可被长期视觉经验改变所调控，并产生类似于神经元的稳态可塑性。值得注意的是，因为星形胶质细胞的这种稳态调节只在视觉经验发生长期变化时才表现出来，因此具有缓慢发生的特点。

图2. 出生后四周暗培养（DR）显著增加V1 L2/3星形胶质细胞之间缝隙连接的耦合强度

在寻找视觉经验引起星形胶质细胞之间缝隙连接强度变化的机制时，王朗团队发现长时程双眼视觉剥夺后，V1中L2/3锥体神经元的兴奋性增加。用药理遗传学方法降低锥体神经元兴奋性可以有效抑制四周暗培养后星形胶质细胞缝隙连接耦合强度的增加，进一步证实视觉经验介导的神经元兴奋性的改变是引起星形胶质细胞缝隙连接强度变化的原因。

图3. 降低神经元兴奋性可以阻断长期暗培养后星形胶质细胞之间缝隙连接耦合强度的增加

综上所述，该研究为大脑皮层中的星形胶质细胞在出生后早期发育阶段也具有经验依赖的可塑性提供了直接证据。该研究表明，星形胶质细胞不仅仅只是大脑神经环路中的“支持者”，同时也是参与塑造神经微环路的“建设者”，从而在出生后大脑皮层神经微环路的精细化调控中发挥重要作用。

图4. 工作总结图：出生后发育阶段V1星形胶质细胞的成熟和视觉经验依赖的可塑性

论文通讯作者为浙江大学医学院系统神经与认知科学研究所王朗副教授，博士生王梁梁和助理许丹为该论文共同第一作者。本研究得到科技部重点项目、国家自然科学基金、以及浙江省自然科学基金等项目的资助。

原文链接

https://doi.org/10.1093/cercor/bhab259

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