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NG2胶质也送出GABA:海马抑制网络的新一环

Nature communications · 2021-09-30

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Nature communications · 研究前沿

NG2胶质也送出GABA:海马抑制网络的新一环

小鼠研究发现,NG2相关胶质活动增强可增加邻近中间神经元受到的抑制,并伴随锥体细胞更易放电与焦虑样探索变化;应激必要性仍待明确。

原论文Figure 1b单一合并荧光视野局部:标记的NG2相关胶质细胞及完整白箭头

胶质细胞能接收神经元信号,也能把抑制性信号送回去吗?2021年9月30日发表于 Nature Communications 的研究,聚焦海马中的NG2胶质,也就是少突胶质前体细胞。研究发现,这类细胞具有释放GABA的能力,作用更常出现在邻近抑制性中间神经元。令人注意的是,对抑制细胞再加一层抑制,网络后果未必更安静:锥体细胞反而更容易被驱动放电,动物的探索表现也随之改变。

关键发现

NG2相关胶质能通过GABA影响邻近中间神经元;群体增强时,中间神经元兴奋性降低、锥体细胞兴奋性增加,伴随焦虑样探索,但尚未确定这是应激行为的必经环节。

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少突胶质前体,还有即时交流的一面

NG2胶质常因能够形成少突胶质细胞、参与髓鞘相关过程而受到关注。它们还有一个特别之处:能直接接收神经元的突触输入。研究追问,这种联系是否只有一个方向,胶质能否影响身边的神经元。

被标记群体以NG2胶质为主,属于少突胶质谱系。这些细胞受到激活时膜状态会变化,却不像神经元那样产生动作电位。它们是否发挥输出作用,需要从相邻细胞的响应与释放证据中寻找答案。

同样在海马,两类神经元的结果不同

增强NG2相关群体活动后,约三分之二受测中间神经元的微小抑制性突触事件变得更频繁,平均事件幅度却未显著改变;持续性的GABA相关抑制电流也增强。这使局部抑制传递的变化具体起来。

离散突触事件与持续背景电流提供了两个视角:前者记录一次次短暂响应,后者反映持续受体作用。两者同时增加,使观察不局限于某一种电流形式,也提示局部GABA作用的时间特征发生变化。

锥体细胞的对应微小抑制电流没有显著整体变化,受测兴奋性微小电流也没有出现同样增强。效果因此带有接收细胞差别,而不是所有海马神经元同时接收到更多同类信号。

原论文图 2同样在海马,两类神经元的结果不同
同样在海马,两类神经元的结果不同
Figure 2:NG2相关活动增强后,中间神经元抑制事件频率和持续性抑制增加,幅度未显著改变;锥体细胞对应比较未显著。
来源:Zhang X et al. · Nature communications · CC BY
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靠得近,更容易受到影响

近距离的中间神经元更常出现抑制事件频率增加,远处细胞的整体比较未显著。组织中的空间分布也显示,中间神经元更常与NG2胞体相邻,提示局部位置会影响细胞间的交流机会。

电镜进一步看到NG2相关末梢中的囊泡及与神经元的接触,部分末梢还检出GABA相关标记。结构与功能相互支持,但每个接触点的精确接收细胞身份,仍未全部确定。

原论文图 3靠得近,更容易受到影响
靠得近,更容易受到影响
Figure 3:近邻细胞更常响应,空间排列和电镜接触为胶质–神经元局部交流提供结构线索。
来源:Zhang X et al. · Nature communications · CC BY
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合成与释放线索,来自多个观察层次

转录、原位标记和蛋白分析显示,部分NG2胶质表达与GABA合成相关的Gad1/GAD67。单细胞结果也有表达差别,说明这项能力不能简单视为每个NG2细胞都同样具备。

在分离细胞的观察中,NG2相关活动增强后,邻近报告细胞出现更强GABA相关响应;囊泡融合事件也增加,限制外排时响应减弱。多种证据支持囊泡相关释放,但尚未把GAD67或某一种囊泡蛋白确定为全部行为效应的唯一必要因素。

原论文图 4合成与释放线索,来自多个观察层次
合成与释放线索,来自多个观察层次
Figure 4:多层表达证据支持部分NG2胶质具有GABA合成相关分子,细胞之间仍存在异质性。
来源:Zhang X et al. · Nature communications · CC BY
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应激之后,突起信号和探索表现都改变

慢性社交应激后,NG2胶质突起中的钙事件频率增加,胞体频率及相应幅度比较未显著。动物也减少开放场中央和高架迷宫开放臂停留,应激前后总行走距离同时下降。

在另一组活动增强比较中,NG2相关群体增强同样减少中央和开放臂停留,但对应总距离未显著改变,社交回避也未相应增加。这把应激后的相关信号与群体增强的部分行为效应联系起来,两者仍有不同的表现范围。

原论文图 6应激之后,突起信号和探索表现都改变
应激之后,突起信号和探索表现都改变
Figure 6:应激后NG2突起钙事件频率升高;活动增强改变焦虑样探索,运动对照与应激前后比较的结果不同。
来源:Zhang X et al. · Nature communications · CC BY
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抑制细胞被抑制,锥体细胞反而更易放电

进一步记录显示,NG2相关群体增强后,中间神经元更难被输入驱动放电,锥体细胞则更容易放电,两类细胞的静息膜电位均未显著改变。变化更体现在响应输入的方式,而不是所有基础膜状态一同移动。

这与去抑制图景相符:抑制性细胞受到更多约束,可能减轻对其他细胞的限制。局部网络因此不必随着GABA增加而整体更安静;信号落在谁身上,同样决定了后果。

原论文图 7抑制细胞被抑制,锥体细胞反而更易放电
抑制细胞被抑制,锥体细胞反而更易放电
Figure 7:NG2相关活动增强伴随中间神经元诱发放电减少、锥体细胞诱发放电增加,静息膜电位比较均未显著。
来源:Zhang X et al. · Nature communications · CC BY
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从单向接收,走向局部网络的参与者

研究将NG2胶质从只接收突触信号的位置,推进到能够影响邻近细胞的网络参与者。合成相关分子、释放能力、局部响应和行为变化,构成了相互呼应的证据。

这些小鼠结果仍留下关键问题:自然应激时的释放过程怎样发生,哪些接收细胞承担主要作用,以及应激相关行为是否必须依赖这条联系。人工增强活动能引出部分表现,并不等于完整解释了应激中的全部变化。

论文信息

Zhang X, Liu Y, Hong X, Li X, Meshul CK, Moore C, Yang Y, Han Y, Li WG, Qi X, Lou H, Duan S, Xu TL, Tong X.
NG2 glia-derived GABA release tunes inhibitory synapses and contributes to stress-induced anxiety
Nature communications · 2021-09-30
DOI: 10.1038/s41467-021-25956-y