研究人员在小鼠中显示，称为星形胶质细胞的脑细胞是信号化学物质去甲肾上腺素修改脑活动所必需的，这改变了教科书上关于去甲肾上腺素直接作用于神经元的理解。
位于圣路易斯的华盛顿大学医学院的研究团队推翻了有关脑细胞连接在高度警觉或注意状态下如何重新排列的数十年旧教条。研究小组发现，与警觉、注意和学习有关的一种脑化学物质通过星形胶质细胞而非直接作用于快速传递信息的神经元来改变脑的连接性和功能，这种星形胶质细胞是一种慢性作用的脑细胞，在神经科学领域常常被忽视。
这一发现发表于《科学》杂志，根本改变了当前关于脑网络通信和活动决定因素的理解。它还呼吁在注意、记忆和情感疾病治疗中更加关注星形胶质细胞作为治疗靶点。
“教科书告诉我们，神经调节剂如去甲肾上腺素直接微调神经元——实际上，教科书告诉我们脑中的一切都是关于神经元的，”华盛顿大学医学部神经科学助理教授、该研究的资深作者托马斯·帕扑因说。“看起来，大量的脑连接和活动可能是由星形胶质细胞以更慢的时间尺度进行协调的。这是深刻重塑我们对大脑运作理解的发现。”
从脑的墙花到舞台中央
为了让大脑专注于需要注意的任务，或者响应如火警警报等意外刺激，大脑需要通过改变脑细胞之间的通信来重新连接。这一过程由脑中一种称为神经调节剂的化学物质的释放驱动，包括去甲肾上腺素。我们对这些神经调节剂如何重新组织脑中通信的理解尚不完全。过去80年的假设是神经调节剂化学物质作用于神经元。
与此同时，至少30年来，已经证明星形胶质细胞与突触接触和相互作用，突触是神经元相互通信的特殊结构。研究人员长期怀疑星形胶质细胞有可能重组神经元之间的通信，从而影响脑中信息的流动。
由于其非常细小且蔓延的形状，这些细胞非常适合监测和检测去甲肾上腺素等神经调节剂。“我们想测试去甲肾上腺素可能是通过星形胶质细胞调节突触的这一想法，”帕扑因说道。
为了做到这一点，帕扑因和他的团队刺激小鼠脑细胞释放去甲肾上腺素或将小鼠脑切片暴露于去甲肾上腺素，发现去甲肾上腺素确实削弱了神经元之间的连接，这一点已知数十年。然而，研究人员发现去甲肾上腺素还触发了周围星形胶质细胞的活动。一旦被去甲肾上腺素激活，星形胶质细胞产生并释放第二种化学物质到突触上，这导致突触活动的减弱。即使在神经元直接感知去甲肾上腺素的能力被去除后，去甲肾上腺素仍然能够重新排列神经元连接。另一方面，当星形胶质细胞感知或响应去甲肾上腺素的能力被切断时，去甲肾上腺素无法重新组织神经元的连接。
他们的发现表明，去甲肾上腺素等神经调节剂通过星形胶质细胞而非直接作用于神经元重新排列脑中的神经元连接。
这些结果还表明，针对星形胶质细胞可能是重塑脑活动以潜在治疗脑部疾病的有效方法。帕扑因的团队已开始研究现有的、被认为对神经元起作用的药物，以查看它们是否需要星形胶质细胞才能有效。如果是这样，或许可以直接针对星形胶质细胞进行治疗。
“有很多药物干扰大脑中的去甲肾上腺素信号，特别是在注意缺陷多动障碍或抑郁症的治疗中。我想知道有多少药物需要星形胶质细胞来修改脑活动，”帕扑因说。
