星状细胞可恢复视交叉上核功能 成为生理时钟调控新要角

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在大脑中,星状胶质细胞(astrocytes, 星状细胞)能够提供营养物质来支持神经元的活力,释放特殊因子来促进神经细胞之间讯息传递与沟通,并且与微血管形成血脑障壁 (blood-brain barrier),以提供中枢神经系统中稳定而不受干扰之微环境。

近日,由由剑桥大学 M​​RC 分子生物学实验室(LMB)刊登在《Science》期刊上的一项新研究显示,星状细胞竟然也会调控哺乳动物的视交叉上核(suprachiasmatic nucleus, SCN),进而调控其生理时钟(circadian rhythms, 或称昼夜节律)。

该研究团队透过显微镜观察星状细胞和视交叉上核神经元发现,这二种类型的细胞都有自己的生理时钟,但它们受到不同的调节,并且在一天中的不同时间被看作是活跃的,该微妙的交互作用,对于保持视交叉上核运作相当重要。

接着,他们将小鼠的 Cry 基因剔除后,发现小鼠的 SCN 功能和行为受到破坏。但更惊人的发现是,在没有其他能调控生理时钟的细胞存在时,星状细胞就能使小鼠能恢复其基因功能时钟,使其能正常的调节日常活动。他们也进一步将其行为模式与神经细胞生理时钟运作的小鼠进行比较,然后发现 SCN 中受调节活动时间缩短了大约一个小时。此外,他们更发现星状细胞能透过麸胺酸(glutamate)讯息传递路径恢复时钟基因表现和 SCN 神经元的生理时钟调控功能。

该研究资深作者 Michael Hastings 博士(LMB神经生物学系主任)表示,该研究证实星状细胞不仅能支持神经细胞,更能控制动物的日常行为,是科学领域的重大进步。

英国伦敦帝国理工学院痴呆症讲师和英国痴呆症研究所研究员Marco Brancaccio博士对此表示:“我们从之前的研究中可得知,星状细胞可能会支持其他调控生理时钟的神经元,但我们不知道它们能直接重新启动神经元的生理时钟功能。该研究为人体生理时钟的神经生物学增加了一个全新且意想不到的高度,并且为未来的研究和开发治疗提出了一些令人兴奋的新路径。”

对于时差、睡眠障碍等生理时钟失衡的民众或者因精神疾病、痴呆症、糖尿病和癌症而产生生理时钟失衡的患者来说,该研究结果提供一个新的解决方案或治疗方法。

延伸阅读:2017 诺贝尔生理医学奖:掌管昼夜律动的生理时钟

参考资料:
1. Science 11 Jan 2019: Vol.363, Issue 6423, 187-192.
2. https://www.imperial.ac.uk/news/189766/brains-support-cells-help-mammals-keep/

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