星形膠質(zhì)細(xì)胞幫助大腦調(diào)節(jié)呼吸節(jié)律！

傳統(tǒng)來講，科學(xué)家們認(rèn)為星形膠質(zhì)細(xì)胞是安靜穩(wěn)定的，默默地支持著它們周圍話多的線狀神經(jīng)元。但是現(xiàn)在一項NIH的研究表明星形膠質(zhì)細(xì)胞也可能具有它們的話語權(quán)。該研究表明沉默大鼠大腦呼吸中心的星形膠質(zhì)細(xì)胞會導(dǎo)致大鼠呼吸頻率下降，在跑步機上比正常小鼠更快疲憊。這僅僅是操縱星形膠質(zhì)細(xì)胞與周圍細(xì)胞交流方式導(dǎo)致呼吸改變的兩個案例。

“數(shù)十年來我們都認(rèn)為呼吸由大腦神經(jīng)元控制，但是我們的結(jié)果表明星形膠質(zhì)細(xì)胞幫助控制著呼吸節(jié)律。”NIH神經(jīng)紊亂和中風(fēng)國立研究所資深研究人員Jeffrey C. Smith博士說道，他也是這篇發(fā)表在《Nature Communications》的研究的通訊作者。“這些結(jié)果表明我們應(yīng)該改變對星形膠質(zhì)細(xì)胞以及大腦工作模式的看法。”

Smith博士實驗室一直在探索大腦呼吸中心preB?tzinger complex中的神經(jīng)元如何控制呼吸。在這項研究中，他的團隊與倫敦大學(xué)學(xué)院的Alexander Gourine教授課題組合作完成，而Gourine教授課題組發(fā)現(xiàn)大腦中的星形膠質(zhì)細(xì)胞也許通過感知血液中的二氧化碳水平來調(diào)節(jié)呼吸。

大腦至少有一半由膠質(zhì)細(xì)胞組成，其中大部分是星形膠質(zhì)細(xì)胞。最近科學(xué)家發(fā)現(xiàn)星形膠質(zhì)細(xì)胞也許和神經(jīng)元一樣釋放神經(jīng)遞質(zhì)與周圍細(xì)胞交流。

在這項新研究中，科學(xué)家們檢測了呼吸中心的星形膠質(zhì)細(xì)胞的作用，他們通過基因工程改變了preB?tzinger complex中星形膠質(zhì)細(xì)胞釋放神經(jīng)遞質(zhì)的能力。當(dāng)他們通過減少神經(jīng)遞質(zhì)釋放沉默大鼠的星形膠質(zhì)細(xì)胞時，大鼠呼吸節(jié)律變慢。相反，如果增加星形膠質(zhì)細(xì)胞釋放神經(jīng)遞質(zhì)的速度，呼吸節(jié)律則會變快。

研究團隊還檢測了沉默星形膠質(zhì)細(xì)胞如何影響大鼠對氧氣和二氧化碳水平變化的反應(yīng)。盡管氧含量低或者二氧化碳含量高時，大鼠呼吸速度增加，但是仍然慢于正常速度。沉默星形膠質(zhì)細(xì)胞也會降低大鼠在低氧情況下嘆氣的速度。此外，大鼠會更快疲憊。它們在跑步機上跑的距離只有正常大鼠跑的距離的一半。

“呼吸的主要目的是交換對生命至關(guān)重要的二氧化碳和氧氣。我們的結(jié)果表明星形膠質(zhì)細(xì)胞可以幫助大腦將這些氣體變化的信息轉(zhuǎn)變?yōu)楹粑俣鹊淖兓！?該研究首席作者Shahriar Sheikhbahaei博士說道。

最后，研究團隊發(fā)現(xiàn)這些星形膠質(zhì)細(xì)胞使用ATP與大腦中其他細(xì)胞交流。降低ATP釋放速度可以降低靜息呼吸速度。

“我們的結(jié)果加深了我們對大腦在正常和疾病情況下控制呼吸的了解。”Smith說道。“我們計劃沿著這條信息繼續(xù)深入研究星形膠質(zhì)細(xì)胞如何控制呼吸的其他方面。”