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面对不同刺激,星形胶质细胞的响应各有节奏

Neurobiology of stress · 2024-10-04

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Neurobiology of stress · 研究前沿

面对不同刺激,星形胶质细胞的响应各有节奏

雄性小鼠前额叶星形胶质细胞面对多种急性刺激时,钙信号的幅度、峰值时程和重复响应不同。首次强烈变化,也未必意味着后续每次都同样强。

AI概念插画:小鼠与象征动态钙响应的星形胶质细胞,不是实验图像或解剖图

突然受到刺激,与一步步靠近陌生环境,大脑会以同样方式应对吗?星形胶质细胞不仅维持神经组织的日常环境,也能通过钙信号参与信息处理。2024年发表于 Neurobiology of Stress 的研究,观察雄性小鼠内侧前额叶皮层(mPFC)的星形胶质细胞如何响应束缚、足底刺激、高处探索、气味和社会接触。结果呈现的不是一种统一的升高曲线:不同情境有各自的起伏速度,重复经历也会改变部分响应。

关键发现

前额叶星形胶质细胞群对多种急性刺激出现钙响应。高台首次响应较强,足底刺激峰值较快;开放臂和高台后续部分响应减弱,重复束缚与足底刺激的峰值未见显著变化。

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记录的是一群细胞共同的起伏

研究者在mPFC表达钙指示蛋白,观察自由活动小鼠中的荧光变化。组织标记显示,表达指示蛋白的细胞大多与星形胶质细胞标记GFAP重叠。记录因而能够跟随这类细胞群在行为过程中的动态,而不只在行为结束后查看组织。前额叶参与行为与环境的协调,同步观察让细胞变化与具体行动相互对应。

这份信号汇集了记录范围内的细胞活动。同一个峰值背后,可能有不同数量、不同位置的细胞被调动。它能描绘群体如何随情境变化,但还没有逐一分辨每个星形胶质细胞的反应。

原论文图 1前额叶星形胶质细胞群记录
前额叶星形胶质细胞群记录
原论文Figure 1:指示蛋白表达区域、GFAP共标及研究覆盖的刺激情境。
来源:Wu AM et al. · Neurobiology of stress · CC BY-NC-ND
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快速升高,重复峰值保持相近

束缚开始后,星形胶质细胞钙信号迅速上升,随后回落。足底刺激也引起短促响应,峰值到达更快,回落过程也较快。两种经历都能调动细胞群,却留下不同的时间形状。

重复三次时,束缚和足底刺激的平均峰值均未显著改变。图中的个体曲线仍有差别,但群体结果没有显示这些重复刺激让响应持续增强或持续减弱。

原论文图 2束缚与足底刺激响应
束缚与足底刺激响应
原论文Figure 2:两类刺激引起快速钙响应,各自三次重复的平均峰值差异未显著。
来源:Wu AM et al. · Neurobiology of stress · CC BY-NC-ND
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响应在进入开放臂之前开始

在高架十字迷宫中,小鼠从有壁的封闭臂靠近开放臂时,信号已经开始升高;进入开放臂后达到较高水平,返回封闭区域时下降。活动变化与整段探索相伴,不是只在越过边界的一瞬间发生。

与突然的躯体刺激相比,这里的上升较慢,峰值时程也随停留而变化。首次探索的峰值通常较高,部分后续探索显著减弱。同样进入开放空间,第一次和再次进入的细胞群响应并不相同。

原论文图 3开放臂探索的动态响应
开放臂探索的动态响应
原论文Figure 3:接近及进入开放臂时信号升高,部分后续探索峰值低于首次。
来源:Wu AM et al. · Neurobiology of stress · CC BY-NC-ND
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首次大幅变化,后续探查只留下小峰

小鼠被置于高台时,钙信号出现明显升高,随后逐渐回到先前水平。即使小鼠仍留在高处,群体信号也没有一直维持在最初的高峰。持续的环境,与持续高幅度的响应并不是同一件事。

继续探索时,小鼠向平台边缘探头,仍可伴随较小峰值。首次与后续探查的峰值差异显著。这种变化与开放臂探索有相似之处,却不同于重复束缚和足底刺激中相对稳定的峰值。

原论文图 4高台初始与后续响应
高台初始与后续响应
原论文Figure 4:首次置于高台引起较大响应,后续边缘探查的峰值减弱。
来源:Wu AM et al. · Neurobiology of stress · CC BY-NC-ND
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威胁相关气味更强,普通嗅探也有变化

面对威胁相关气味TMT,小鼠嗅探时的钙峰高于水对照。这个结果将气味情境与群体活动联系起来,但信号并非只对负性刺激出现:嗅探水时,也有较小幅度的变化。

研究还比较了水、中性气味和芝麻油气味,三者平均峰值未显著不同。星形胶质细胞的响应既可能伴随嗅探、注意与探索,也会随特定气味情境增强,不能简单用一个峰值代替整种情绪体验。

原论文图 5不同气味下的钙响应
不同气味下的钙响应
原论文Figure 5:TMT嗅探峰值高于水;水、中性气味和芝麻油之间的峰值比较未显著。
来源:Wu AM et al. · Neurobiology of stress · CC BY-NC-ND
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同一次接触中,响应随行为片段改变

与攻击性小鼠接触时,受测小鼠可能逃离、僵住或遭遇攻击。较长攻击片段伴随更强的钙峰;较短攻击、逃离和僵住相关响应较小。一个社会接触情境内部,也包含多种不同的活动变化。

各类行为片段的平均峰值潜伏期差异未显著。幅度的差别更突出,而达到峰值的时间没有表现出同样清晰的分组。这些记录来自同一批小鼠中的多个事件。

原论文图 6社会接触中的行为与响应
社会接触中的行为与响应
原论文Figure 6:较长攻击片段对应更大钙峰,受测行为类别的平均峰值潜伏期差异未显著。
来源:Wu AM et al. · Neurobiology of stress · CC BY-NC-ND
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看第一次,还是看多次,答案会不同

把不同刺激并排比较,首次高台响应较强,足底刺激的峰值较快。若改为汇总多次事件,束缚的平均峰值突出,高台则不再呈现首次那样的高幅度。初遇环境的变化和后续持续应对,构成了不同的信号图景。

这项六只雄性小鼠的研究,记录到前额叶星形胶质细胞响应的情境差异;同一批动物经历多种刺激,先前经历也可能影响后来响应。它的主要认识是:急性挑战中的细胞群活动有幅度、时程与重复性三个维度,单看“升高了多少”,会遗漏其中一部分变化。

原论文图 7首次与多次事件的跨情境比较
首次与多次事件的跨情境比较
原论文Figure 7:分别比较首次和多次事件的峰值与时程,显示两种汇总方式下不同的响应特点。
来源:Wu AM et al. · Neurobiology of stress · CC BY-NC-ND
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论文信息

Wu AM, Zhang JY, Lun WZ, Geng Z, Yang Y, Wu JC, Chen GH.
Dynamic changes of media prefrontal cortex astrocytic activity in response to negative stimuli in male mice
Neurobiology of stress · 2024-10-04
DOI: 10.1016/j.ynstr.2024.100676