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审阅︱曾玲晖，沈伟达
责编︱王思珍
海马体齿状回（DG）有着独特的神经解剖位置，并参与不同形式的突触可塑性和神经发生，被认为是支持特定类型的学习和记忆的基础。了解DG中突触调节的机制对于理解海马功能的更广泛方面及其在认知健康和疾病中的意义至关重要。星形细胞钙离子（Ca2+）信号在调节突触传递过程中扮演着举足轻重的角色，这一观点已得到广泛认同。众多研究揭示，星形细胞的Ca²⁺信号是触发诸如谷氨酸、D-丝氨酸及ATP/ADP等多种胶质递质释放的关键因素。本课题组的前期研究成果（Journal of neurochemistry，2022）显示，在海马体的CA1区域，γ-氨基丁酸（GABA）能神经元可通过激活星形胶质细胞上的GABA转运体3（GAT-3），进而引发Ca²⁺信号的增强。然而，在海马体的齿状回（DG）区域，情况则有所不同。近年来，本课题组（Glia，2018年；Neurochemistry International，2021）的研究揭示，星形胶质细胞主要通过释放谷氨酸来参与突触可塑性的调节以及认知功能的维系。那么，在海马DG区，GABA能神经元是否同样能够借助星形胶质细胞的GAT-3来影响突触可塑性和认知能力，这些问题仍有待深入探究。2024年11月22日，浙大城市学院医学院曾玲晖教授团队在GLIA上发表了题为“Astrocytic GAT-3 Regulates Synaptic Transmission and Memory Formation in
the Dentate Gyrus”的研究成果。该研究揭示了，在海马DG区，星形胶质细胞GAT-3是GABA能神经元通过星形胶质细胞调控突触可塑性的核心分子，并阐明了这一通路在小鼠认知功能中的关键作用。1. 星形胶质细胞GAT-3通过激活含GluN2B亚基的NMDA受体引起突触传递增强。
为研究激活GAT-3是否影响DG去兴奋性突触传递，研究团队使用全细胞膜片钳技术记录了DG区的颗粒细胞。研究人员发现，当在孵育液中加入外源性的GABA后，微型兴奋性突触后电流（mEPSCs）的频率明显增加，但不影响振幅，提示这一作用由突触前机制介导。进一步的研究发现，含有GluN2B的NMDA受体在这一过程中起关键作用（图1）。图1：GABA通过突触前含GluN2B的NMDA受体调节DG区中的突触传递。2. 光遗传学激活中间神经元引起齿状回突触传递增强。
为了进一步研究内源性释放的GABA是否通过这一机制影响DG区神经元兴奋性突触传递，团队选择局部显微注射病毒，使PV+神经元表达光明通道蛋白ChR2。接下来，团队发现通过光遗传学方法激活PV+中间神经元显著增加了EPSC的频率，但没有引起EPSC振幅的显著变化（图2E-I）。用SNAP5114阻断GAT-3可以阻断这种对EPSC频率的影响（图2J-N）。这些结果证实了中间神经元内源性释放的GABA也通过GAT-3调节DG区的突触传递。图2：星形胶质细胞GAT-3介导中间神经元内源性释放GABA对兴奋性神经传递的调节。3. GAT-3的激活通过反转Na+/Ca2+交换诱导星形细胞Ca2+信号增强。
接下来，团队探讨了GAT-3是否诱导星形细胞Ca2+信号增加并阐明了潜在的机制。利用腺相关病毒（AAV2/5）使星形胶质细胞中选择性表达GCaMP7b（图3）以观察钙信号。团队发现在TTX、GABAA及GABAB抑制剂存在的情况下，孵育液中加入GABA星形胶质细胞胞体和分支中Ca2+水平显著增加（图3C-E）。当GAT-3被SNAP5114阻断时，这些反应明显减弱（图3F-H）。这些发现表明，GAT-3的激活增强了星形胶质细胞中的Ca2+信号传导。接下来，研究团结继续通过双光子Ca2+成像和药理学手段证明了GAT-3激活导致星形胶质细胞Na+积累，随后通过Na+/Ca2+交换导致星形胶质细胞Ca2+增加，Ca2+信号的升高导致胶质递质的释放。这些发现表明，GAT-3激活诱导的星形胶质细胞Ca2+升高是通过Na+/Ca2+交换的反向模式介导的。图3：GABA诱导的星形胶质细胞Ca2+信号增强由GAT-3和Na+/Ca2+反转介导的。
4. 星形胶质细胞Ca2+信号的减少抑制GABA引起的突触传递。
接下来，团队采用了腺相关病毒（AAV2/5）将钙泵hPMCA2w/b-mCherry引入DG区的星形细胞中，以选择性地减弱星形胶质细胞中的钙信号，并评估了GAT-3介导的钙信号和对兴奋性突触传递的影响（图4）。结果表明，hPMCA2w/b有效降低了DG中星形胶质细胞的基础Ca2+水平。双光子Ca2+成像研究显示，GABA诱导的Ca2+升高在星形胶质细胞中被hPMCA2w/b的表达抑制（图4A-H）。团队随后通过电生理方法研究了星形胶质细胞中hPMCA2w/b的存在是否会抑制GABA介导的突触传递增强。结果显示，星形胶质细胞中Ca2+泵hPMCA2w/b的表达有效地阻碍了GABA在DG区中诱导的突触传递增强的现象（图4I-R）。这些结果表明，在DG区星形胶质细胞中的Ca2+信号对于GABA诱导的突触传递增强至关重要。图4：hPMCA2w/b抑制星形细胞Ca2+活动和GABA诱导的突触可塑性。
5. 抑制星形胶质细胞GAT-3的激活可引起认知障碍。
已经证明EC-DG回路中兴奋性传递的改变会导致认知障碍。本研究团队也探讨了星形胶质细胞中的GAT-3是否对记忆的形成至关重要。团队利用hPMCA2w/b减少海马星形胶质细胞中的Ca2+信号和药理学的手段特异性阻断海马DG区GAT-3两种方法研究GAT-3对认知的影响。行为测试结果显示，在训练阶段，对照组与hPMCA2w/b小鼠和GAT-3阻断组之间的恐惧反应无显著差异（图5B, F），但hPMCA2w/b组和GAT-3阻断组在训练一天后的场景恐惧记忆显著下降，而线索条件性恐惧记忆未受影响（图5C-D，5G-H）。这表明GAT-3在场景恐惧记忆形成中起关键作用。本研究为认知过程的复杂机制提供了新见解，并可能为认知障碍的干预措施提供新方向。图5：星形胶质细胞GAT-3在小鼠场景情境恐惧记忆的形成中起关键作用。图6：星形胶质细胞在海马DG区通过GAT-3和胶质递质释放参与突触可塑性和认知功能的模式图。本团队研究首次揭示了，在海马DG区，星形胶质细胞的GAT-3是GABA能神经元通过星形胶质细胞调控突触可塑性的核心分子，并阐明了这一通路在小鼠认知功能中的关键作用。团队研究结果不仅拓宽了对星形胶质细胞-神经元相互作用的认识，还为治疗认知障碍提供了潜在新靶点。这些发现强调了星形胶质细胞在脑功能和健康中的重要性，并为我们理解海马功能及认知加工的复杂机制提供了新的视角。未来的研究将进一步探索星形胶质细胞信号传导对其他形式的突触可塑性和学习的影响，以及其他类型的中间神经元是否可以通过类似机制激活星形胶质细胞。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/glia.24649浙大城市学院医学院曾玲晖教授与沈伟达副教授是该论文的共同通讯作者，沈伟达副教授、陈伏建主任、唐烨姣和周闻同学为该论文共同第一作者。该研究工作受浙江省“尖兵”“领雁”计划项目，浙江省自然科学基金青年项目和国家级大学生创新创业项目等的资助。转载须知：“逻辑神经科学”特邀稿件，且作者授权发布；本内容著作权归作者和“逻辑神经科学”共同所有；欢迎个人转发分享，未经授权禁止转载，违者必究。
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