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双刃剑:胶质细胞参与调控轴突再生
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图2:果蝇中两种感觉神经元再生模式图。伤害感觉神经元(C4da)是可再生,机械感觉神经元(C3da)却不可再生。
图3:C4da神经元会随着胶质细胞钙离子波动而波动
首先,该研究发现胶质细胞的存在对C4da神经元轴突再生是必要的,无论是用激光损伤胶质细胞还是TNT诱导死亡都会抑制神经元轴突再生。同时,利用钙成像技术,研究发现神经元轴突损伤后会诱发胶质细胞的钙波动。通过热敏通道和光敏通道调控胶质细胞的钙释放模拟轴突损伤后的钙释放,发现胶质细胞钙释放会进一步诱导可再生神经元C4da的钙波动。
图4:腺苷受体对C4da神经元的再生是必要的
那么,胶质细胞又是如何影响神经元的呢?胶质细胞钙信号是驱动Gliatransmitter释放的重要因素,胶质细胞的钙火花调控ATP迅速降解为腺苷,腺苷是否参与神经再生过程。研究发现腺苷处理C4da神经元有明显的钙波动,而C3da则没有变化,提示腺苷通过调控神经元钙信号影响神经再生过程。此外在C3da中过表达腺苷受体AdoR能够逆转其不能再生的现象。神经元传递的信息就隐含在各个神经元的放电模式之中,作者发现在损伤后,可再生的C4da神经元以及不可再生的C3da放电模式有明显差异。接着,该研究用光敏通道诱导不同放电模式,发现簇状放电可促进C3da神经元的再生。此外,该研究还发现钙调控下游的Ras信号来调控再生过程。
图5::在小鼠是神经中过表达腺苷受体促进视神经再生
最后,哺乳动物视神经损伤模型证实该研究作用机制的保守性。视神经中过表达腺苷受体Adora2b,并诱导胶质细胞释放腺苷能够明显促进视神经再生;同时,Adora2b过表达与敲降PTEN能协同调控再生过程。
图6:胶质细胞释放腺苷促进神经再生
果蝇幼虫感觉神经元再生模型有很多优势,比如说再生时间短,速度快,再生程序保守。非常有趣的是,该研究发现在果蝇中直接调控放电模式可促进神经再生,但这一过程是否参与哺乳动物视神经再生过程还未可知。该研究利用多种遗传学工具,如光敏通道、热敏通道调控钙释放,联合GCaMP6巧妙地进行钙调控,揭示钙信号诱导胶质细胞腺苷释放进而激活神经元钙释放,促进轴突再生。同时证明再生过程中神经元与其他细胞之间比如胶质细胞交流的重要性。此外,腺苷的作用以及损伤后胶质细胞激活模式为神经再生包括中枢神经再生提供了新的策略。