学习笔记 | 神经胶质细胞- 少突胶质细胞(Oligodendrocytes)& 施万细胞(Schwann cells)

文摘   2024-12-20 07:26   比利时  
神经胶质细胞(Neuroglial cells)约占脑重量的一半,其数量是神经元的10~50倍,被认为是中枢神经系统中的“支持细胞”。神经胶质细胞参与了血脑屏障和髓鞘结构的形成,具有营养、支持和保护神经元的作用;神经胶质细胞调节突触的生长及其兴奋性,对神经系统发育有重要的影响;介导神经免疫反应,参与疼痛反应;促进神经递质的循环利用,维持离子的动态平衡;参与大脑认知和记忆等高级功能等。

前几期我们分别介绍了神经元,神经胶质细胞、星形胶质细胞及小胶质细胞,本期我们走进少突胶质细胞(Oligodendrocytes)。


学习笔记 | 神经元
学习笔记 | 神经胶质细胞(Neuroglial cells)- 星形胶质细胞(Astrocytes)
学习笔记 | 神经胶质细胞(Neuroglial cells)- 小胶质细胞(Microglia)
4. 少突胶质细胞(Oligodendrocytes)
少突胶质细胞(Oligodendrocytes)是中枢神经系统大胶质细胞的一种,在灰质和白质中均有分布,其主要生理功能是形成髓鞘(Myelin)。少突胶质细胞由少突胶质前体细胞(Oligodendrocyte Precursor Cells, OPCs)发育而来。
少突胶质细胞前体细胞主要分布于前脑腹侧围终第三脑空的区域,可以分为DM20阳性和PDGFRα阳性两种细胞。DM-20是含脂质蛋白(proteolipid protein, PLP)的同源基因剪接物,辅助PLP整合到成熟少突胶质细胞膜。PDGFRα则是血小板衍生生长因子受体。这两种不同类型的前体细胞在胚胎发育的终末阶段从腹侧向背侧迁移,并最终发育成为不同类型的成熟少突胶质细胞。成熟的少突胶质细胞还保持一定的更新能力。

Differentiation and proliferation of oligodendrocyte lineage cells. Based on the expression of different special proteins, the origin and development of oligodendrocyte lineage cells can be subdivided into three stages: oligodendrocyte progenitor cells (OPCs), premyelinating oligodendrocytes and mature oligodendrocytes (OLs). Originating from neural stem cells, OL lineage cells begin to express PDGFRα, NG2 (OPCs), galactocerebroside, Oligo2 (premyelinating OLs) and, finally, mature myelin antigens such as MBP and PLP (proteolipid protein). The purple and yellow dashed lines indicate the diverse differentiation potential of OPCs, although this signaling pathway is still under debate.

1)少突胶质细胞的形态

少突胶质细胞的胞体较小,通常呈圆形或椭圆形;细胞核较小且致密,位于细胞体中央,通常染色深;胞浆较少,呈淡染状态,在显微镜下常不易分辨。

少突胶质细胞常用的标志物:

  • 前体细胞:NG2、Olig2、Sox10

  • 髓鞘形成和成熟细胞:MBP、CNPase、PLP1、MOG


少突胶质细胞常用的标志物及其特点:

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1. Olig2(Oligodendrocyte transcription factor 2)

• 功能:转录因子,参与少突胶质细胞分化和髓鞘形成。

• 表达特点:广泛表达于少突胶质细胞谱系的各个阶段,包括前体细胞和成熟细胞。

• 用途:用于检测少突胶质细胞的分化进程。

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2. MBP(Myelin Basic Protein)

• 功能:髓鞘结构的重要组成成分,维持髓鞘稳定性。

• 表达特点:主要表达于成熟的少突胶质细胞和髓鞘区域。

• 用途:用于评估髓鞘形成和成熟少突胶质细胞的功能状态。

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3. CNPase(2',3'-Cyclic-nucleotide 3'-phosphodiesterase)

• 功能:参与髓鞘形成过程,调控髓鞘结构的生物合成。

• 表达特点:在髓鞘形成的少突胶质细胞中高表达。

• 用途:用于研究髓鞘合成的动态过程。

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4. PLP1(Proteolipid Protein 1)

• 功能:主要髓鞘蛋白之一,维持髓鞘膜的结构完整性。

• 表达特点:特异性表达于成熟少突胶质细胞和髓鞘。

• 用途:作为髓鞘标志物,监测少突胶质细胞的成熟和功能。

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5. NG2(Neuron-glial antigen 2)

• 功能:一种跨膜蛋白,主要作用于细胞信号传导和细胞-细胞相互作用。

• 表达特点:特异性标志少突胶质前体细胞(OPCs)。

• 用途:用于识别和研究少突胶质细胞的前体细胞。

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6. Sox10(SRY-Box Transcription Factor 10)

• 功能:转录因子,在少突胶质细胞的分化和髓鞘形成中起关键作用。

• 表达特点:在少突胶质细胞的分化和成熟过程中持续表达。

• 用途:用于研究少突胶质细胞发育的全程。

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7. MOG(Myelin Oligodendrocyte Glycoprotein)

• 功能:髓鞘中的糖蛋白,参与维持髓鞘完整性。

• 表达特点:特异性表达于成熟少突胶质细胞。

• 用途:常用于研究多发性硬化等脱髓鞘疾病。

2)少突胶质细胞的功能

少突胶质细胞的主要生理功能包裹中枢神经元的轴突,形成并维持髓鞘结构。在接近神经元时,少突胶质细胞的突起末端扩展成扁平的薄膜并以一种“蛋卷”形式沿着神经轴突伸展多次包绕轴突,直至形成紧密的髓鞘结构。
髓鞘之间形成郎飞结,郎飞结能使动作电位在有髓纤维中的传导以一种快速、连续、不间断的跳跃式方式进行,神经纤维越粗,髓鞘越厚,其传导速度就越快。一个少突胶质细胞可以发出数个突起与5~12个轴突形成髓鞘。少突胶质细胞的髓鞘包绕方向是不定向的,可以是顺时针的,也可以是逆时针的。髓鞘主要由髓磷脂(mylin)组成,在神经冲动传导时具有类似电线的绝缘和屏蔽作用。
3)少突胶质细胞与神经组织的病理性损伤
神经系统发生病理性损伤时,氧自由基和谷氨酸的毒性作用和营养因子匮乏等引起少突胶质细胞功能异常,并随之引起髓鞘损伤,轴突传导障碍,最后导致轴突的二次损伤甚至永久性功能障碍。
少突胶质细胞内铁离子浓度较高,半胱氨酸和抗氧化反应的酶含量较低,导致清除氧自由基能力较差,因此它对氧自由基十分敏感

在中枢神经系统发育过程中常见少突胶质细胞的凋亡,这可能是竞争轴突来源的营养因子所致。过表达这些营养因子可以减少发育过程中少突胶质细胞前体细胞的凋亡。少突胶质细胞的营养因子包括:脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)、胰岛素样生长因子(insulin-like growth factor, IGF),睫状神经营养因子(ciliary neurotrophic factor, CNTF),神经营养因子-3(neurotrophin-3, NT-3)等。很多白质损伤疾病都是通过破坏正常的营养因子供给造成少突胶质细胞生长停止或诱导细胞凋亡所致,给予营养因子则可以保护少突胶质细胞,避免其凋亡

破坏髓鞘结构的完整性,如在外伤、侧索硬化症(Lateral sclerosis)、多发性硬化症(Multiple sclerosis)时导致的脱髓鞘(Demyelination)疾病;或是少突胶质细胞发育紊乱导致的髓鞘形成障碍,如先天性小头症(congenital microcephaly),都会破坏髓磷脂;或者基因突变所导致的白质消融性白质脑病(leukoencephalopathy with vanishing white matter, VWM),引发神经冲动传导障碍,引起神经麻痹。而在神经损伤后,通过移植少突胶质细胞至损伤部位可以使去髓鞘的轴突重新鞘化。

5. 施万细胞(Schwann cells)
施万细胞(Schwann cells)在周围神经系统形成髓鞘,属于成髓鞘神经胶质细胞,也称神经膜细胞(neurolemmal cell)。施万细胞的形状不规则,细胞核呈扁圆形,居于髓鞘外面。
施万细胞的主要功能在周围神经系统形成髓鞘,其细胞膜纵向反复包绕周围神经的轴突形成同心圆板层,形成髓鞘。施万细胞的包绕方向也是不定向的。髓鞘之间也形成郎飞结。与少突胶质细胞形成髓鞘的形式有所不同,一个施万细胞的细胞膜只能包绕一个轴突的一段区域,许多施万细胞排列成串包裹周围神经纤维的轴突,形成髓鞘;而一个少突胶质细胞可以同时发出数个突起,参与5~12个轴突髓鞘的形成
6. 其他类型的神经胶质细胞
1)卫星细胞(Satellite cells)

卫星细胞是外周神经系统中另外一类神经胶质细胞,存在于神经节内,它包绕神经元的细胞体,形似被囊,故又称为“被囊细胞”(Capsular cells)。卫星细胞具有营养和支持保护神经节细胞的作用,类似于中枢神经系统的星形胶质细胞。

2)室管膜细胞(Ependymal cells)

室管膜细胞是星形胶质细胞的特殊类型,呈立方体状或柱状,分布在脑室及脊髓中央管的腔面,形成单层上皮,称室管膜(ependyma)。在脑室系统中,室管膜细胞和脑内的毛细血管组成的脉络丛(choroidplexus)分泌脑脊液

室管膜细胞之间具有紧密连接,是血脑脊液屏障(blood-cerebrospinal fluid barrier)的重要组成。室管膜细胞表面有许多微绒毛(microvilli)吸收脑脊液,细胞表面的纤毛(cilia)帮助脑脊液在中枢神经系统中循环。

在中枢神经系统内某些部位的室管膜细胞,其基底面有细长的突起伸向脑及脊髓深层,称伸展细胞(tanycyte),其作用有可能是将脑脊液的信号传送给中枢神经系统。室管膜细胞具有保护和支持神经元的作用。室管膜细胞还具有成年动物神经干细胞的潜能,它们可进行非对称分裂,其中一个子细胞转化成嗅神经元,并迁移到嗅球,补充凋亡的嗅神经元,也有研究观察到,将侧脑室的室管膜细胞植入耳蜗后,可以一定程度修复听力。

7. 神经胶质细胞参与疼痛反应及脑的高级功能
研究发现,神经胶质细胞参与疼痛反应,并在学习、基因等脑的高级功能方面也发挥着重要作用。
星形胶质细胞是脑内神经营养因子的主要来源之一。
大脑记忆的物质基础是突出可塑性,即当两个互相联系的神经元在发生神经冲动时,它们之间突触传递的联系会增强,使得神经元激活的效率增加,而突触传递时的长时程增强(Long term potentiation, LTP)是突出可塑性的重要形式。
今天就到这里,下期继续~~
—学习资料—
神经生物学 Neurobiology
北京大学出版社
于龙川 主编

【References】

Zhou B, et al. Oligodendrocyte lineage cells and depression. Mol Psychiatry. 2021 Jan;26(1):103-117.

留比小李
山高路远,看世界,也找自己。
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