格莱斯顿研究所(Gladstone Institutes)的研究人员发现，丘脑中的星形胶质细胞在使脑损伤的小鼠容易癫痫发作方面发挥了关键作用，并发现脑损伤和中风患者的丘脑中可能会改变同样的细胞。这项发表在《科学转化医学》杂志上的研究结果表明，针对这些细胞中的一种蛋白质可以防止脑损伤后的长期损伤。
格莱斯顿研究人员领导的一项新研究表明，以丘脑中的一种蛋白质为目标可以防止创伤性脑损伤后的长期损伤。在这张照片中，研究生Frances Cho使用电极阵列来研究大脑样本。
图片来源:Michael Short/Gladstone Institutes
在中风或创伤性脑损伤后的数天，甚至数年里，人们患癫痫的风险会增加。现在，格莱斯顿研究所的研究人员发现，丘脑中被称为星形胶质细胞的星形细胞在使脑损伤的小鼠容易癫痫发作方面发挥着关键作用。
该团队还分析了人类死后的脑组织，并表明在小鼠身上发现的相同细胞可能在受脑损伤和中风影响的人的丘脑中发生改变。这一发表在Science Translational Medicine上的研究表明，针对这些细胞中的一种蛋白质可以防止脑损伤后的长期损伤。
“在脑损伤后，与其他大脑区域相比，丘脑的研究相对不足，”Jeanne Paz博士说，她是格莱斯顿的副研究员，也是这项新研究的资深作者。“我希望这只是许多新研究的开始，这些研究都是关于这一区域在决定我们如何帮助大脑适应损伤后果方面的重要性。”
大脑深处的炎症级联
在中风或创伤性脑损伤时，损伤部位的许多细胞几乎会立即死亡。炎性细胞和分子开始聚集，清理死细胞和分子碎片。在丘脑，大脑中心深处的一个区域，可能远离损伤部位，被称为星形胶质细胞的细胞被激活，导致一系列炎症变化。
该团队此前的研究表明，在啮齿类动物模型中，丘脑星形胶质细胞的激活是脑损伤的常见后果。然而，星形胶质细胞在支持神经元方面也发挥着关键作用，包括控制神经元的连接并为它们提供营养。
在这项研究中，科学家们想确定激活丘脑中的星形胶质细胞是否有助于大脑恢复，或导致额外的损伤，或有积极和消极的影响。
“星形胶质细胞对大脑如此重要，你不能仅仅通过摆脱它们来治疗疾病，”格莱斯顿和加州大学旧金山分校(UCSF)的研究生Frances Cho说，他是这项新研究的第一作者。“我们需要确定是否可以将激活的星形胶质细胞的损伤行为与它们的保护行为分离开来。”
关注丘脑
Paz, Cho和他们的合作者假设激活的丘脑星形胶质细胞可能在脑损伤的一些长期症状中发挥作用——包括癫痫发作和睡眠问题的风险增加。因此，该团队最初并没有研究脑损伤的小鼠，而是在健康的动物身上测试了激活丘脑星形胶质细胞的后果。他们发现，仅仅激活丘脑星形胶质细胞就足以引起与受伤后类似的大脑活动模式的改变，并使小鼠容易癫痫发作。
研究人员与加州大学旧金山分校的医学博士Anna Molofsky团队合作，分析了激活的星形胶质细胞的分子特性，他们发现这些细胞失去了一种叫做GAT3的蛋白质，这种蛋白质负责调节一种特定的抑制性神经递质分子的水平。结果，邻近的神经元暴露在过多的神经递质中，导致神经元过度兴奋，易发生癫痫。
“我们想知道，如果丘脑星形胶质细胞中GAT3的缺失导致了神经元功能障碍，提高这种蛋白质的水平能否解决问题，恢复神经元的功能?”Paz副教授说。
为了回答这个问题，该团队与加州大学洛杉矶分校的Baljit S. Khakh博士和他的团队合作，他们开发了一种工具，专门增加星形胶质细胞中的GAT3。值得注意的是，在丘脑星形胶质细胞中特异增加GAT3水平足以防止神经元的超兴奋性和星形胶质细胞激活引起的癫痫发作风险的增加。
接下来，研究小组在有脑损伤的小鼠身上测试了结果是否成立。增加这些小鼠丘脑星形胶质细胞中GAT3的水平也可以降低癫痫发作的风险和死亡率。
Cho说:“这些激活的星形胶质细胞在许多方面与未激活的星形胶质细胞有很大的不同，所以我们能够精确地定位一个分子变化，从而防止脑损伤的后果，这是令人惊讶的。”
一个潜在的治疗
在死后的脑活组织检查中很少采集人类丘脑样本。但是，通过与医学博士Eleonora Aronica和她在阿姆斯特丹大学的团队合作，研究人员能够获得少量的死后丘脑样本——三份来自没有已知脑损伤的个体，三份来自中风患者，四份来自创伤性脑损伤患者。
“中风和创伤性脑损伤的死后大脑的丘脑星形胶质细胞中GAT3的水平似乎较低，就像我们在小鼠模型中看到的那样，”Cho说。“我们希望，随着对丘脑的关注增加，未来从死后活检中收集丘脑样本将变得更常规。”
研究人员希望继续在小鼠和人类身上收集更长期的数据，以研究脑损伤后丘脑星形胶质细胞激活的时间进程。
Paz说:“由于丘脑的这些变化是在最初的脑损伤后发生的，因此有一段时间，临床医生可以进行干预，阻止或逆转这些变化，防止癫痫风险的增加。”
参考文献
Enhancing GAT-3 in thalamic astrocytes promotes resilience to brain injury in rodents
来源：神经生物学
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