揭示大腦星形膠質(zhì)細(xì)胞在控制晝夜節(jié)律中的新作用

在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自英國(guó)劍橋大學(xué)醫(yī)學(xué)研究委員會(huì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的研究人員發(fā)現(xiàn)星形膠質(zhì)細(xì)胞，即包圍并支持大腦神經(jīng)元的“看護(hù)”細(xì)胞，在晝夜節(jié)律（即身體24小時(shí)的生物鐘）中起著比之前理解的更重要的作用。星形膠質(zhì)細(xì)胞之前被認(rèn)為僅是支持調(diào)節(jié)晝夜節(jié)律的神經(jīng)元，但是這項(xiàng)新的研究指出它們實(shí)際上能夠引導(dǎo)這種體內(nèi)生物鐘的節(jié)奏，并且**證實(shí)它們能夠控制哺乳動(dòng)物日常行為的模式。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2019年1月11日的Science期刊上，論文標(biāo)題為“Cell-autonomous clock of astrocytes drives circadian behavior in mammals”。

當(dāng)晝夜節(jié)律被打亂時(shí)，這可能導(dǎo)致時(shí)差反應(yīng)和睡眠障礙，而且還可能導(dǎo)致從精神疾病到癡呆癥、糖尿病和癌癥的一系列疾病。這項(xiàng)新研究的發(fā)現(xiàn)可能為開(kāi)發(fā)新的治療方法鋪平道路。

晝夜節(jié)律因其在維持人體健康方面的作用而廣為人所知，而且雖然已發(fā)現(xiàn)身體中的許多不同類(lèi)型的細(xì)胞都有自己的內(nèi)部時(shí)鐘，但是這些時(shí)鐘的定時(shí)主要由視交叉上核（suprachiasmatic nucleus, SCN）控制。視交叉上核是下丘腦中的一個(gè)小的大腦區(qū)域，作為負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)日常行為的主時(shí)鐘。

這項(xiàng)新的研究利用顯微成像技術(shù)觀察了SCN中的星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元的詳細(xì)內(nèi)部分子鐘定時(shí)。令人吃驚的是，結(jié)果表明盡管這兩種類(lèi)型的細(xì)胞都有它們自己的生物鐘，但它們受到不同的調(diào)節(jié)，并且經(jīng)觀察在一天中的不同時(shí)間里處于活躍狀態(tài)。他們發(fā)現(xiàn)這種微妙的相互作用對(duì)于保持整個(gè)SCN時(shí)鐘的有規(guī)律運(yùn)行至關(guān)重要。

在取得這項(xiàng)初始的發(fā)現(xiàn)之后，這些研究人員發(fā)現(xiàn)對(duì)經(jīng)過(guò)遺傳改造沉默體內(nèi)生物鐘的小鼠而言，它們的SCN功能和行為受到破壞，但是出乎意料之外的是，他們發(fā)現(xiàn)單獨(dú)恢復(fù)星形膠質(zhì)細(xì)胞中的遺傳功能性的時(shí)鐘能夠讓這些小鼠調(diào)節(jié)它們的日常活動(dòng)。這意味著即使當(dāng)星形膠質(zhì)細(xì)胞是具有功能性的體內(nèi)生物鐘的動(dòng)物中的**細(xì)胞時(shí)，他們?nèi)匀挥^察到小鼠的日常行為模式。當(dāng)他們將這種行為模式與具有功能性的神經(jīng)元時(shí)鐘的小鼠進(jìn)行比較時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)SCN中受調(diào)節(jié)活動(dòng)的時(shí)間縮短了大約一個(gè)小時(shí)，這也反映在小鼠行為上，這就表明星形膠質(zhì)細(xì)胞能夠控制動(dòng)物的行為以適應(yīng)它們自身的細(xì)胞特性。

這項(xiàng)研究還揭示出作為大腦和中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的一種神經(jīng)遞質(zhì)，谷氨酸作為化學(xué)信號(hào)，用于將SCN中的功能性星形膠質(zhì)細(xì)胞的時(shí)間線索傳遞給無(wú)時(shí)鐘節(jié)律的神經(jīng)元搭檔。作為論文**作者的Marco Brancaccio博士說(shuō)，“讓我們非常吃驚的是，星形膠質(zhì)細(xì)胞在動(dòng)物中產(chǎn)生傳播生物鐘定時(shí)信號(hào)方面與神經(jīng)元一樣高效。我們從之前的研究中已了解到這些細(xì)胞在晝夜節(jié)律鐘中起作用，但我們當(dāng)時(shí)并不知道它們能夠重新啟動(dòng)神經(jīng)元的晝夜節(jié)律功能。這為體內(nèi)生物鐘的神經(jīng)生物學(xué)增加了一個(gè)全新且意想不到的維度，并為未來(lái)的研究和開(kāi)發(fā)治療的潛力提出了一些令人興奮的途徑。”

論文通信作者、劍橋大學(xué)醫(yī)學(xué)研究委員會(huì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的Michael Hastings博士補(bǔ)充道，“這是**證實(shí)星形膠質(zhì)細(xì)胞實(shí)際上能夠控制動(dòng)物行為。這是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的重大進(jìn)步。”