大脑中的“接线员”：小胶质细胞塑造神经回路形成

来源：科研圈

小胶质细胞影响神经元连接的密度。小胶质细胞（绿色）是小鼠大脑中的免疫细胞，能促使神经分支伸向神经元连接较多的区域（蓝色）。它会在其分支的末端（红色）产生一种称为 TWEAK 的细胞因子（一种免疫信号）。含有大量 TWEAK（深红色）的小胶质细胞接触较少的神经元连接（黑色区域所示，其中没有蓝色连接）。图片来源：LUCAS CHEADLE

2020 年 9 月发表在 Neuron 期刊上的一项研究发现，免疫细胞在微调大脑神经回路上发挥着意想不到的作用。小胶质细胞（microglia）是位于大脑神经回路的免疫细胞，它不仅可以保护大脑免受感染和炎症的侵扰，还有助于在物理意义上塑造发育中的大脑回路。这项新的研究证明，小胶质细胞可以根据感觉线索（sensory cues），引导神经元调节它们自身的连接。

美国冷泉港实验室（Cold Spring Harbor Laboratory, CSHL）助理教授 Lucas Cheadle 在哈佛医学院神经科学家 Michael Greenberg 的实验室做博士后研究时，发现了这种细胞通讯（cellular communication）。Cheadle 的研究兴趣集中在探索生物与外部世界之间的联系，尤其是神经回路如何响应感官体验。

“大脑的整体结构和连接很大程度上在出生时就完成了。”他说，“但是它也确实需要来自环境强大的反馈作用来进一步的成熟。”他解释道，动物与周围环境相互作用时，一些神经元的连接会被消除，另一些则会被强化。对于人类来说，这样的过程会在出生后数十年持续进行。

Cheadle 说：“在发育过程中，真正重要的是正确的神经元能以正确的方式相互连接。我们希望能严格控制它们的连接数量以及连接强度。这实际上也是感官体验的重要之处。”

Cheadle 和他的同事们监测了小鼠大脑视觉处理回路中神经元或突触之间的连接。年幼的小鼠需要在正确的时间进行视觉输入，来发展与视觉相关的大脑通道。但是如果小鼠在这段关键的时期缺乏视觉输入，神经回路会产生过多的突触，小鼠最终会出现异常连接。研究小组发现，神经回路依赖小胶质细胞，在适当的视觉刺激下，小胶质细胞会向附近的神经元发出信号，让它们修剪一些突触。

这种对神经连通性的影响体现了小胶质细胞在健康大脑中的新角色，也有助于解释为什么这些细胞与自闭症或其它神经发育障碍有关。“我认为这项研究可以被视为一个重大突破，有助于我们从机制上理解感官体验和小胶质细胞是如何协调突触修剪过程的，这对早期大脑的成熟起着至关重要的作用。”

Cheadle 将在 CSHL 更深入地研究这种相互作用，追踪导致突触分解的分子信号，以及小胶质细胞对环境信号的反应。“小胶质细胞作为免疫细胞，居然能够上调基因表达来响应视觉体验，这种概念本身就非常吸引我。”