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科学家揭示发育期小胶质细胞选择性修剪抑制性突触的机制

突触作为神经元的超微结构,是神经元发挥功能的重要平台。突触虽小,但也存在惊人的分子和功能异质性,尤其是兴奋性和抑制性突触。突触的兴奋性/抑制性失衡是自闭症、抑郁症等精神神经疾病的重要发病机制。

小胶质细胞作为大脑中主要的免疫细胞,能够对突触进行重塑:在发育期清除更多的功能弱的突触,形成正确的神经环路;在病理状态下,小胶质细胞吞噬更多的突触,引起认知功能障碍。

科学家揭示发育期小胶质细胞选择性修剪抑制性突触的机制

2021年7月8日,哈佛大学医学院布拉瓦尼克研究所神经科学Gord Fishell研究团队揭示了发育期小胶质细胞特异性塑造抑制性突触的机制。

小鼠体感皮层(S1)是小清蛋白(PV)神经元最为丰富的脑区,研究人员选择该脑区研究小胶质细胞与抑制性突触的关系。

科学家揭示发育期小胶质细胞选择性修剪抑制性突触的机制

发育期清除小胶质细胞后引起抑制性突触数量增多。在小鼠出生后第4天(P4)注射集落刺激因子受体抑制剂PLX5622,P15天S1区域兴奋性神经元上的抑制性突触数量明显增多。电生理实验发现光激活PV能神经元引起的抑制性突触后电流增加。

进一步发现,P0消除小胶质细胞后,在第12天才出现抑制性突触数量的明显变化。在出生后第3周或第4周开始消除小胶质细胞后,均不会引起抑制性突触数量的变化。这些结果表明小胶质细胞更多的是对已经存在的突触连接进行修剪,而不是促进这些功能连接的形成。

科学家揭示发育期小胶质细胞选择性修剪抑制性突触的机制

当然,小胶质细胞对兴奋性或抑制性突触的重塑是雨露均沾的:在P0消除小胶质细胞后,在第15天PV能神经元引起的兴奋性突触后电流增加。这表明在发育期小胶质细胞调控兴奋性和抑制性突触。

科学家揭示发育期小胶质细胞选择性修剪抑制性突触的机制

发育期小胶质细胞吞噬抑制性突触。研究人员通过标记小胶质细胞的CX3CR1工具小鼠和AAV病毒载体工具特异性标记PV能神经元的突触末端,结果发现在正常情况下P12小胶质细胞吞噬PV能突触末端,在P15-P17期间达到顶峰,在P30期间逐渐下降。

P15期间补体蛋白C1Q聚集在PV能突触末端。在敲除C1Q后,P15期间抑制性突触数量增加,抑制性突触后电流增强,能够模拟出敲除小胶质细胞后抑制性突触的形态和功能变化。

科学家揭示发育期小胶质细胞选择性修剪抑制性突触的机制

小胶质细胞表达GABAB受体亚基Gabbr1和Gabbr2。作为抑制性神经递质,GABA可调控干细胞增殖、迁移、突触发生、突触修剪和星形胶质细胞活性等发育活动。之前研究表明小胶质细胞表达GABAB受体。研究人员通过原位杂交实验发现小胶质细胞表达GABAB受体亚基Gabbr1和Gabbr2。

科学家揭示发育期小胶质细胞选择性修剪抑制性突触的机制

三维重构实验发现PV能突触末端更多地被表达Gabbr2的小胶质细胞吞噬。在特异性敲除小胶质细胞上的GABAB受体后,小胶质细胞吞噬抑制性突触减少,对兴奋性突触没有影响。这表明小胶质细胞通过其GABAB受体对抑制性突触实现选择性修剪。

在行为学上,特异性敲除小胶质细胞上的GABAB受体,P30小鼠表现出活动减少,但在成年后(P60小鼠)表现出过度活跃,这是注意缺陷多动障碍(ADHD)的核心症状。

总的来说,本文发现表达GABAB受体的小胶质细胞可选择性修剪抑制性突触,若这种功能在发育期出现障碍,则会引起成年多动症。

(责任编辑:泉水)