星形膠質(zhì)細胞是三方突觸的組成部分，在神經(jīng)網(wǎng)絡的功能中發(fā)揮著重要作用。它們精確地協(xié)調(diào)中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)的突觸形成/消除和活動調(diào)節(jié)。通過釋放各種類型的膠質(zhì)傳遞因子來監(jiān)測、支持和調(diào)節(jié)興奮性和抑制性（E/I）神經(jīng)元活動。

在動物身上，達到更高社會地位的努力表現(xiàn)為支配行為，如攻擊性攻擊和防御性抵抗。研究表明，支配行為受到背內(nèi)側(cè)前額葉皮層（dmPFC）E/I神經(jīng)元功能的調(diào)節(jié)，這決定了社會等級。到目前為止，理解小鼠支配行為和社會等級的生物學基礎主要集中在神經(jīng)元研究上。然而，dmPFC中的成年星形膠質(zhì)細胞也可能在重復的社交互動中影響E/I平衡，控制支配行為，并最終確定或編碼社會地位信息。

近日，韓國首爾國立大學牙科學院牙科研究所生理和神經(jīng)科學系Sung Joong Lee課題組在Nature Neuroscience發(fā)表研究，該團隊主要發(fā)現(xiàn)，dmPFC的星形膠質(zhì)細胞通過調(diào)節(jié)該區(qū)域的突觸E/I平衡來控制小鼠的支配行為和社會等級。

1. dmPFC星形膠質(zhì)細胞的鈣活性與成年雄性小鼠的支配行為相關

鉆管實驗，是一種評估小鼠優(yōu)勢行為的公認行為模式。研究人員使用時間相關單光子計數(shù)（TCSPC）技術(shù)，在鉆管實驗期間監(jiān)測自由運動小鼠星形膠質(zhì)細胞中細微的細胞內(nèi)鈣變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當小鼠在鉆管實驗中進行push或者resistance動作時，檢測到明顯的星形膠質(zhì)細胞Ca2+峰，而當小鼠接近或者撤退時則沒有[Fig.1]。

Figure 1 小鼠dmPFC星形膠質(zhì)細胞活性與優(yōu)勢行為相關

2. dmPFC星形膠質(zhì)細胞調(diào)節(jié)成年雄性小鼠的優(yōu)勢行為和社會地位

接下來，研究人員將已經(jīng)建立好等級關系的4只小鼠放在一籠內(nèi)（rank 1-4）。為了檢測dmPFC星形膠質(zhì)細胞的激活本身是否會影響小鼠的優(yōu)勢行為以及隨后在同籠中的社會地位，作者使用化學遺傳學激活rank 4的星形膠質(zhì)細胞或抑制rank 1的星形膠質(zhì)細胞。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在鉆管測試中，CNO注射的rank 4小鼠的等級上升，并且80%的激活的rank 4小鼠移動到rank 3，10%甚至移動到rank 2[Fig,2]。更有意思的是，研究人員通過檢測小鼠在鉆管中的推力發(fā)現(xiàn)，優(yōu)勢地位的小鼠是通過更多的push而不是更用力的push來贏得鉆管測試。這也表明，dmPFC星形膠質(zhì)細胞的激活增強了resistance行為，而不是push行為。

此外，研究人員還進行了神經(jīng)元ChR2刺激和星形膠質(zhì)細胞ChR2刺激小鼠，發(fā)現(xiàn)兩組之間獲勝率沒有差異。表明，dmPFC星形膠質(zhì)細胞刺激誘導的小鼠優(yōu)勢行為的增加與dmPFC錐體神經(jīng)元刺激相似，但可能具有不同的行為效應（resisting與pushing）。

Figure 2 dmPFC星形膠質(zhì)細胞活性調(diào)節(jié)小鼠優(yōu)勢行為和社會地位

3. dmPFC星形膠質(zhì)細胞活性調(diào)節(jié)成年雄性小鼠前額葉皮層的突觸E/I平衡

為了進一步評估dmPFC星形膠質(zhì)細胞激活的對電生理影響，研究人員檢測了PL層的mEPSC和mIPSC，結(jié)果表明dmPFC星形膠質(zhì)細胞Ca2+激活增加了突觸前神經(jīng)元的釋放概率從而改變了mEPSC，而它又直接控制dmPFC神經(jīng)元中的mIPSCs，從而調(diào)節(jié)前額葉突觸E/I平衡[Fig.3]?？傊?strong>電生理數(shù)據(jù)表明，dmPFC星形膠質(zhì)細胞中的Ca2+活性調(diào)節(jié)dmPFC中的神經(jīng)元E/I平衡。

Figure 3 dmPFC星形膠質(zhì)細胞活性調(diào)節(jié)前額葉突觸E/I平衡

4. 谷氨酸和ATP是影響成年雄性小鼠E/I平衡和社會地位的關鍵膠質(zhì)遞質(zhì)

細胞外谷氨酸和ATP水平，是兩種從鈣活化星形細胞釋放的眾所周知的膠質(zhì)傳遞因子。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，體內(nèi)化學遺傳星形膠質(zhì)細胞刺激后，dmPFC細胞外谷氨酸水平逐漸升高，持續(xù)1?h。而細胞外ATP水平在30?分鐘，并在60-90min后恢復到基礎水平。接下里，使用了一種光誘導的囊泡捕獲系統(tǒng)Opto vTrap來抑制星形膠質(zhì)細胞囊泡谷氨酸和ATP的釋放。并且，從行為學上，將hM3Dq和Opto vTrap注射到rank 4小鼠中并進行鉆管試驗，發(fā)現(xiàn)Opto vTrap對星形膠質(zhì)細胞釋放膠質(zhì)遞質(zhì)的抑制顯著降低了星形膠質(zhì)細胞激活所介導的rank 4小鼠的等級升高。此外，rank 1小鼠中膠質(zhì)傳遞因子釋放的阻斷也降低了它們的等級[Fig.4]。

Figure 4 星形膠質(zhì)細胞衍生的谷氨酸和ATP負責維持前額葉E/I平衡和小鼠的優(yōu)勢行為

總結(jié)

在這項研究中，發(fā)現(xiàn)了兩種不同的膠質(zhì)細胞遞質(zhì)，谷氨酸和ATP，以不同的機制調(diào)節(jié)突觸E/I平衡，從而控制小鼠的社會優(yōu)勢行為。

星形膠質(zhì)細胞通過突觸前機制改變釋放概率來調(diào)節(jié)dmPFC中的興奮性突觸傳遞。同時，星形膠質(zhì)細胞衍生的ATP也降低了抑制性突觸傳遞。到目前為止，尚不清楚星形膠質(zhì)細胞如何在dmPFC中共同釋放不同類型的膠質(zhì)遞質(zhì)（例如谷氨酸和ATP）?？紤]到星形膠質(zhì)細胞在細胞、分子和功能特性上的異質(zhì)性，可以想象，dmPFC中不同的星形膠質(zhì)細胞亞群可能起到了作用。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1038/s41593-023-01406-4

參考文獻

Noh, Kyungchul et al. “Cortical astrocytes modulate dominance behavior in male mice by regulating synaptic excitatory and inhibitory balance.” Nature neuroscience, 10.1038/s41593-023-01406-4. 10 Aug. 2023, doi:10.1038/s41593-023-01406-4

編譯作者：Young（brainnews創(chuàng)作團隊）

校審：Simon（brainnews編輯部）






標簽：腦科學