來自中科院上海生科院神經(jīng)所的研究人員采用活體共聚焦和雙光子成像等多種技術,，發(fā)現(xiàn)了靜息態(tài)小膠質(zhì)細胞與神經(jīng)元之間的雙向功能調(diào)節(jié),，這首次證明了神經(jīng)元電活動可以調(diào)控靜息態(tài)小膠質(zhì)細胞的運動，并揭示了小膠質(zhì)細胞對神經(jīng)元活動的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié),，為神經(jīng)-免疫交叉領域提供了新的研究思路,。相關成果公布在Developmental Cell雜志上,。
文章的通訊作者是上海生科院神經(jīng)所杜久林研究員,，其早年畢業(yè)于中國科學技術大學,，之后曾在東京大學，和美國加州大學伯克利分校分子與細胞生物學系進行研究工作,。主要研究方向是多信道感覺整合與行為的神經(jīng)機制,，以及神經(jīng)活動對血液循環(huán)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)機制。這項研究得到了科技部973計劃和重大科學研究計劃,、中國科學院“百人計劃”,、上海市“浦江人才”計劃和基礎研究重大項目等基金資助,。
小膠質(zhì)細胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中重要的免疫效應細胞。在病理狀態(tài)下,，小膠質(zhì)細胞會迅速的激活,，變成阿米巴形態(tài)，遷移并參與到一系列免疫反應及組織修復過程中,。在生理狀態(tài)下，小膠質(zhì)細胞處于“靜息”狀態(tài),，在保持胞體位置不變的同時伴隨著許多細胞突起不斷地伸縮以探尋周圍的環(huán)境,。長期以來，關于靜息態(tài)小膠質(zhì)細胞的作用以及它與環(huán)境中神經(jīng)元發(fā)生緊密接觸的功能意義所知甚少,。
在該項研究中,，研究人員以斑馬魚為模式動物，運用活體共聚焦和雙光子成像,、谷氨酸解籠鎖技術,、活體電生理記錄、熒光能量共振轉移成像等方法,，發(fā)現(xiàn)了靜息態(tài)小膠質(zhì)細胞與神經(jīng)元之間的雙向功能調(diào)節(jié),。
他們首先在斑馬魚幼魚中同時對小膠質(zhì)細胞形態(tài)以及神經(jīng)元電活動進行長時程在體成像觀察，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元電活動升高可以吸引靜息態(tài)小膠質(zhì)細胞的突起朝向電活動高的神經(jīng)元運動并且促進它們之間形成緊密接觸,。在這個過程中,，神經(jīng)元表達的Pannexin-1通道以及小膠質(zhì)細胞中的Rac蛋白起到至關重要的作用。
研究人員還進一步研究發(fā)現(xiàn),，這種靜息態(tài)小膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元間的緊密接觸可以反過來下調(diào)被接觸神經(jīng)元的自發(fā)性電活動以及視覺反應,。這項工作首次證明了神經(jīng)元電活動可以調(diào)控靜息態(tài)小膠質(zhì)細胞的運動，并揭示了小膠質(zhì)細胞對神經(jīng)元活動的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié),，為神經(jīng)-免疫交叉領域提供了新的研究思路,。
上海生科院神經(jīng)所近期還在PNAS雜志上發(fā)表文章，深入剖析了一種復雜的視覺神經(jīng)過程,，指出真實運動能影響大腦皮層對雙穩(wěn)態(tài)視運動作出的應答反應,，這將有助于進一步探索視覺神經(jīng)作用機制。
研究人員利用電壓敏感性染料成像（voltage-sensitive dye,，VSD）技術,，在清醒小鼠中檢測初級視皮層（V1）的時空活動。
結果他們發(fā)現(xiàn),，一個短暫的真實運動刺激能瞬時影響皮層,，對隨后的朝著代表真實運動的時空模式視運動，作出應答,。而且研究人員也對麻醉小鼠進行了分析,，V1神經(jīng)元的細胞內(nèi)記錄也表明,，在代表實際運動途徑的神經(jīng)元中，出現(xiàn)了一個相似的閾下去極化增長,。研究人員認為這種早期視覺環(huán)路中的短期可塑性,，也許有助于雙穩(wěn)態(tài)視覺的啟動效應。(生物谷Bioon.com)
DOI:10.1016/j.devcel.2012.10.027
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Reciprocal Regulation between Resting Microglial Dynamics and Neuronal Activity In Vivo
Ying Li, Xu-fei Du, Chang-sheng Liu, Zi-long Wen, Jiu-lin Du
Microglia are the primary immune cells in the brain. Under physiological conditions, they typically stay in a resting state, with ramified processes continuously extending to and retracting from surrounding neural tissues. Whether and how such highly dynamic resting microglia functionally interact with surrounding neurons are still unclear. Using in vivo time-lapse imaging of both microglial morphology and neuronal activity in the optic tectum of larval zebrafish, we found that neuronal activity steers resting microglial processes and facilitates their contact with highly active neurons. This process requires the activation of pannexin-1 hemichannels on neurons. Reciprocally, such resting microglia-neuron contact reduces both spontaneous and visually evoked activities of contacted neurons. Our findings reveal an instructive role for neuronal activity in resting microglial motility and suggest the function for microglia in homeostatic regulation of neuronal activity in the healthy brain.
