Nature：星形胶质细胞存在不同的亚型

星形胶质细胞是大脑和脊髓中数量最多的支持细胞。它们承担着多种多样的任务，以促进大脑的生理功能。科学家们一直想知道，星形胶质细胞是否存在功能各异的特化类型。

贝勒医学院的研究人员近日在《Nature》杂志上发表论文，解答了这个长期谜题。

他们利用一种新的遗传工具证实：特定的星形胶质细胞亚型有助于建立神经细胞之间的连接，塑造参与学习和记忆的大脑回路，并促进中风后的康复。

通讯作者、贝勒医学院的Benjamin Deneen教授称：“我们早就知道星形胶质细胞承担着许多至关重要的功能。但此前并不清楚，是否像神经元那样，特定功能由特定类型的星形胶质细胞来执行。”

科学家早就知道，不同类型的神经元发挥着特定的作用。例如，有些神经元会发出信号来激发其他细胞，而另一些神经元则会发出信号来抑制它们。

共同第一作者、贝勒医学院的Michael Williamson博士表示：“近期的研究表明，星形胶质细胞在分子水平上具有多样性。有些星形胶质细胞表面携带特定的分子，有些则激活一组特定的基因。” 他目前就职于多伦多大学和多伦多病童医院。

“通过体外实验，我们发现不同分子特征的星形胶质细胞表现各异，但这并不一定意味着它们在大脑中承担着不同的职能。在这项研究中，我们探究了不同亚型的星形胶质细胞在小鼠大脑中是否具有不同的特性和作用。”

研究人员重点关注了一种名为CD51的蛋白质，这种蛋白质存在于某些星形胶质细胞的表面。此前的研究表明，通过CD51可将星形胶质细胞划分为具有不同分子特征的亚群。

贝勒医学院助理教授Junsung Woo博士表示：“我们最初的目标是验证携带CD51（CD51+）和未携带CD51（CD51-）的星形胶质细胞在大脑回路中的功能是否存在差异，但当时没有合适的动物模型或实验室工具可以进行这项研究。” 他也是本文的共同第一作者。

于是，研究人员构建了新的CD51-FLP小鼠品系，并开发出一套实验室工具，能够在活体大脑中分别标记和控制CD51+和CD51-星形胶质细胞。

借助这些工具，他们能够对大脑皮层（负责思维、感知和自主运动）和海马体（对记忆形成至关重要）中的这两种细胞进行比较。他们研究了发育期、成年期以及受损的大脑。

研究人员发现，CD51+和CD51-星形胶质细胞是两种不同的亚型。无论是在大脑皮层还是海马体中，这两种细胞在形态、生理和发育方式上均不相同。

功能研究表明，CD51+星形胶质细胞承担着一项特殊任务：它们在发育中和受损的大脑皮层中促进突触形成；而CD51-星形胶质细胞则不具备这一功能。从机制上讲，CD51+星形胶质细胞是通过glypican 6来完成这项任务的。

“在海马体中，CD51+星形胶质细胞有助于记忆回路的运作和适应，而CD51-星形胶质细胞则缺乏这种功能，” Woo谈道。“在此过程中，CD51蛋白本身驱动了这些回路的重塑。”

这一发现对脑损伤也具有重要意义。当小鼠发生中风后，CD51+星形胶质细胞（而非CD51-星形胶质细胞）通过重塑神经元之间的连接，帮助大脑恢复功能。

“总的来说，我们的发现改变了对星形胶质细胞的认知，” Deneen教授说。“长期以来，人们认为星形胶质细胞基本上是均质的。”

“但我们此次证明，它们包含一些特化的亚型，在发育中的大脑、成年大脑和受损大脑中发挥着不同的作用，这与神经元的情况非常相似。未来，对健康和疾病状态下星形胶质细胞的研究需要考虑哪些亚型参与其中。”