特异且可塑——皮层功能网络中吊灯细胞对轴突起始段的支配
Specific and Plastic: Chandelier Cell-to-Axon Initial Segment Connections in Shaping Functional Cortical Network
齐妍清1 • 赵瑞1 • 何苗1 • 邰一琳1
1复旦大学脑科学研究院，脑功能与脑疾病全国重点实验室，教育部脑科学前沿科学中心，上海 200032，中国
第一作者：齐妍清、赵瑞
通讯作者：邰一琳、何苗
轴突起始段（axon initial segment, AIS）是神经元轴突接近胞体的一段高度特化的区域。AIS具备高密度的电压门控通道和特殊的细胞骨架结构，是神经元动作电位起始发放的位点。这一区域接受且仅接受GABA能突触输入，这些输入大部分来自于一类特殊的GABA能中间神经元——吊灯细胞（chandelier cell）。ChC特异性靶向投射神经元（projection neuron，PN）的AIS，因此也被称为轴突-轴突细胞（axon-axonic cell，AAC）。ChC的轴突在PN的AIS上建立多个突触，形成串珠状的典型结构（cartridge），形似西式吊灯的烛台（图1）。ChC目前仅在哺乳类动物的新皮层和古皮层结构中被发现。它们虽然数量稀少，但具有高度复杂的轴突分支，单个ChC能够同时支配数百个投射神经元（projection neuron, PN）。在发育过程中，或是当网络活性发生生理性或者病理性改变时，AIS及其上ChC所建立的突触连接也会发生结构与功能的可塑性变化。ChC-AIS的可塑性对于维持皮层微环路的兴奋-抑制平衡及其正常功能十分重要。
图1 吊灯细胞的形态特征及其对投射神经元的轴突起始段的特异支配
ChC发现于20世纪70年代，晚于许多其他皮层中间神经元。受限于标记手段的匮乏，研究更是远远滞后。近年来，得益于转基因工程技术和单细胞转录组分析的飞速发展，科学家们基于命运追踪和差异表达基因开发出了能够特异标记ChC的遗传工具，有力推进了对于ChC的深入研究（图2）。
图2 标记吊灯细胞的各类技术手段
ChC对AIS的支配在细胞类型和亚细胞定位两方面均高度特异。过去研究已发现突触前后的多种分子参与调控这一连接的形成，但决定其特异性的核心分子尚待发掘。于此同时，ChC对AIS的支配也具备细胞亚型选择性和高度的可塑性（图3）。虽然ChC仅支配PN，但并非“一视同仁”地均匀支配所有PN。已有研究发现，在多个脑区中，ChC对于不同投射亚型的PN的支配比例与强度存在差异，但其背后的机制尚待探索。ChC-AIS连接的可塑性体不仅体现在发育过程中突触数量和连接强度的变化，也体现在对于微环路中神经活性变化的响应。当ChC或PN的活性发生改变时，AIS及其上来自ChC的突触也会发生结构与功能的适应性改变。ChC-AIS连接的这些特性提示它们在维持神经网络稳态中起到重要作用。在癫痫、精神分裂症、孤独症谱系障碍、阿尔兹海默病等多种神经精神疾病中，ChC及其对AIS支配会发生病理性变化。但是，这些变化对于疾病的发生与发展有着怎样的贡献目前尚不清楚。在某些疾病中，对于ChC-AIS连接改变的方向和程度，以及这些改变是伴随、促进还是防止疾病的进展，还充满着争议和未知。新兴遗传标记技术的发展有望推进对这些方面的深入研究，为上述疾病的病理、预防、诊断和治疗提供有价值的新视角和新信息。
图3 吊灯细胞对投射神经元支配的特异性、选择性与可塑性
综上所述，对于ChC-AIS特异性与可塑性的研究对于解析皮层功能神经网络的正常功能和相关疾病具有重要意义。本综述全面总结了ChC的研究历史、研究方法、支配AIS的特异性与可塑性以及相关的神经精神疾病，并对未来的研究方向进行了展望。
关键词：轴突起始段；吊灯细胞；可塑性
文章查阅请扫描下方二维码或复制原文链接查看网络版：
https://link.springer.com/article/10.1007/s12264-024-01266-3
▲长按识别二维码阅读论文
点击 / 阅读全文
