在一項新的研究中，來自英國劍橋大學醫(yī)學研究委員會分子生物學實驗室的研究人員發(fā)現(xiàn)星形膠質細胞，即包圍并支持大腦神經元的“看護”細胞，在晝夜節(jié)律（即身體24小時的生物鐘）中起著比之前理解的更重要的作用。星形膠質細胞之前被認為僅是支持調節(jié)晝夜節(jié)律的神經元，但是這項新的研究指出它們實際上能夠引導這種體內生物鐘的節(jié)奏，并且首次證實它們能夠控制哺乳動物日常行為的模式。相關研究結果發(fā)表在2019年1月11日的Science期刊上，論文標題為“Cell-autonomous clock of astrocytes drives circadian behavior in mammals”。
圖片來自Marco Brancaccio。
當晝夜節(jié)律被打亂時，這可能導致時差反應和睡眠障礙，而且還可能導致從精神疾病到癡呆癥、糖尿病和癌癥的一系列疾病。這項新研究的發(fā)現(xiàn)可能為開發(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型的細胞都有自己的內部時鐘，但是這些時鐘的定時主要由視交叉上核（suprachiasmatic nucleus, SCN）控制。視交叉上核是下丘腦中的一個小的大腦區(qū)域，作為負責調節(jié)日常行為的主時鐘。
這項新的研究利用顯微成像技術觀察了SCN中的星形膠質細胞和神經元的詳細內部分子鐘定時。令人吃驚的是，結果表明盡管這兩種類型的細胞都有它們自己的生物鐘，但它們受到不同的調節(jié)，并且經觀察在一天中的不同時間里處于活躍狀態(tài)。他們發(fā)現(xiàn)這種微妙的相互作用對于保持整個SCN時鐘的有規(guī)律運行至關重要。
在取得這項初始的發(fā)現(xiàn)之后，這些研究人員發(fā)現(xiàn)對經過遺傳改造沉默體內生物鐘的小鼠而言，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)單獨恢復星形膠質細胞中的遺傳功能性的時鐘能夠讓這些小鼠調節(jié)它們的日常活動。這意味著即使當星形膠質細胞是具有功能性的體內生物鐘的動物中的唯一細胞時，他們仍然觀察到小鼠的日常行為模式。當他們將這種行為模式與具有功能性的神經元時鐘的小鼠進行比較時，他們發(fā)現(xiàn)SCN中受調節(jié)活動的時間縮短了大約一個小時，這也反映在小鼠行為上，這就表明星形膠質細胞能夠控制動物的行為以適應它們自身的細胞特性。
這項研究還揭示出作為大腦和中樞神經系統(tǒng)中的一種神經遞質，谷氨酸作為化學信號，用于將SCN中的功能性星形膠質細胞的時間線索傳遞給無時鐘節(jié)律的神經元搭檔。作為論文第一作者的Marco Brancaccio博士說，“讓我們非常吃驚的是，星形膠質細胞在動物中產生傳播生物鐘定時信號方面與神經元一樣高效。我們從之前的研究中已了解到這些細胞在晝夜節(jié)律鐘中起作用，但我們當時并不知道它們能夠重新啟動神經元的晝夜節(jié)律功能。這為體內生物鐘的神經生物學增加了一個全新且意想不到的維度，并為未來的研究和開發(fā)治療的潛力提出了一些令人興奮的途徑。”
論文通信作者、劍橋大學醫(yī)學研究委員會分子生物學實驗室的Michael Hastings博士補充道，“這是首次證實星形膠質細胞實際上能夠控制動物行為。這是神經科學領域的重大進步。”
參考資料：Marco Brancaccio et al. Cell-autonomous clock of astrocytes drives circadian behavior in mammals. Science, 2019, doi:10.1126/science.aat4104.
Carla B. Green. Many paths to preserve the body clock. Science, 2019, doi:10.1126/science.aav9706.
Cell：細胞治療領域觀察者
