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(shù)，發(fā)現(xiàn)了靜息態(tài)小膠質(zhì)細(xì)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(dòng)可以調(diào)控靜息態(tài)小膠質(zhì)細(xì)胞的運(yùn)動(dòng),，并揭示了小膠質(zhì)細(xì)胞對神經(jīng)元活動(dòng)的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié),，為神經(jīng)-免疫交叉領(lǐng)域提供了新的研究思路。相關(guān)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(xué)技術(shù)大學(xué)，之后曾在東京大學(xué),，和美國加州大學(xué)伯克利分校分子與細(xì)胞生物學(xué)系進(jìn)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(jī)制，以及神經(jīng)活動(dòng)對血液循環(huán)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)機(jī)制,。這項(xiàng)研究得到了科技部973計(jì)劃和重大科學(xué)研究計(jì)劃,、中國科學(xué)院“百人計(jì)劃”、上海市“浦江人才”計(jì)劃和基礎(chǔ)研究重大項(xiàng)目等基金資助,。
小膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中重要的免疫效應(yīng)細(xì)胞,。在病理狀態(tài)下,，小膠質(zhì)細(xì)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(yīng)及組織修復(fù)過程中,。在生理狀態(tài)下，小膠質(zhì)細(xì)胞處于“靜息”狀態(tài),，在保持胞體位置不變的同時(shí)伴隨著許多細(xì)胞突起不斷地伸縮以探尋周圍的環(huán)境,。長期以來，關(guān)于靜息態(tài)小膠質(zhì)細(xì)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(xiàng)研究中,，研究人員以斑馬魚為模式動(dòng)物，運(yùn)用活體共聚焦和雙光子成像,、谷氨酸解籠鎖技術(shù),、活體電生理記錄、熒光能量共振轉(zhuǎn)移成像等方法,，發(fā)現(xiàn)了靜息態(tài)小膠質(zhì)細(xì)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(shí)對小膠質(zhì)細(xì)胞形態(tài)以及神經(jīng)元電活動(dòng)進(jìn)行長時(shí)程在體成像觀察，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元電活動(dòng)升高可以吸引靜息態(tài)小膠質(zhì)細(xì)胞的突起朝向電活動(dòng)高的神經(jīng)元運(yùn)動(dòng)并且促進(jìn)它們之間形成緊密接觸,。在這個(gè)過程中,，神經(jīng)元表達(dá)的Pannexin-1通道以及小膠質(zhì)細(xì)胞中的Rac蛋白起到至關(guān)重要的作用。
研究人員還進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),，這種靜息態(tài)小膠質(zhì)細(xì)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(dòng)以及視覺反應(yīng),。這項(xiàng)工作首次證明了神經(jīng)元電活動(dòng)可以調(diào)控靜息態(tài)小膠質(zhì)細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)，并揭示了小膠質(zhì)細(xì)胞對神經(jīng)元活動(dòng)的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié),，為神經(jīng)-免疫交叉領(lǐng)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(fù)雜的視覺神經(jīng)過程,，指出真實(shí)運(yùn)動(dòng)能影響大腦皮層對雙穩(wěn)態(tài)視運(yùn)動(dòng)作出的應(yīng)答反應(yīng),，這將有助于進(jìn)一步探索視覺神經(jīng)作用機(jī)制。
研究人員利用電壓敏感性染料成像（voltage-sensitive dye,，VSD）技術(shù),，在清醒小鼠中檢測初級視皮層（V1）的時(shí)空活動(dòng)。
結(jié)果他們發(fā)現(xiàn),，一個(gè)短暫的真實(shí)運(yùn)動(dòng)刺激能瞬時(shí)影響皮層,，對隨后的朝著代表真實(shí)運(yùn)動(dòng)的時(shí)空模式視運(yùn)動(dòng)，作出應(yīng)答,。而且研究人員也對麻醉小鼠進(jìn)行了分析,，V1神經(jīng)元的細(xì)胞內(nèi)記錄也表明，在代表實(shí)際運(yùn)動(dòng)途徑的神經(jīng)元中,，出現(xiàn)了一個(gè)相似的閾下去極化增長,。研究人員認(rèn)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(dòng)效應(yīng)。(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.
