扫码下载《动物行为实验手册》pdf
扫码进脑声常谈小店，惊喜多多
纹状体多巴胺（DA）对于动作选择、目标导向行为和强化学习至关重要。一系列纹状体神经调节剂和受体可以直接且强效地调节纹状体DA 的释放，包括GABA 在GABAA/B 受体上的作用、腺苷在A1 受体上的作用、以及来自纹状体胆碱能中间神经元（ChIs）的乙酰胆碱（ACh）在烟碱型受体（nAChRs）上的作用。因此，纹状体回路及其调节机制非常适合控制纹状体DA 功能。
2024年11月19日，英国牛津大学Jeffrey Stedehouder及其团队在Nature Communications上发表题为《Rapid modulation of striatal cholinergic interneurons and dopamine release by satellite 星形胶质细胞》的论文，在该研究中，作者的发现揭示了一种特殊的卫星星形胶质细胞-神经元间相互作用，纹状体ChIs在亚秒时间尺度上通过调节细胞外钙动力学来影响下游纹状体回路活动和多巴胺信号。
- 星形胶质细胞的光遗传去极化通过乙酰胆碱调节纹状体DA的释放
为了研究星形胶质细胞短暂去极化对DA释放的影响，作者采用病毒注射和全细胞膜片钳电生理学方法，发现短暂的蓝光脉冲在表达chr2的星形胶质细胞中诱导了快速的、亚毫秒级的可逆去极化。接下来作者探索了星形胶质细胞去极化对局部电刺激引起的纹状体DA释放的影响，并在背外侧纹状体（DLS）和伏隔核（NAcc）上用快速扫描循环伏安法（FCV）检测。在DLS中，对表达chr2的星形胶质细胞进行短暂光遗传刺激，减少了DA释放。在大约三分之一的NAcc记录位点中，作者发现在没有电刺激的情况下，仅光激活ChR2就能诱发DA释放。这些数据表明，星形胶质细胞短暂的光遗传去极化可以迅速改变整个纹状体释放DA。
- 纹状体中存在从胞体到胞体的“卫星”星形胶质细胞
为了了解星形胶质细胞是如何通过ChIs调控DA的机制，作者探索了星形胶质细胞与ChIs之间的潜在解剖学相互作用。作者使用一种方法验证了星形胶质细胞与 ChIs 的卫星样排列，该方法使用 ChAT 的免疫标记结合病毒介导的 GFAP-eGFP 在野生型小鼠的星形胶质细胞中的表达，它更好地标记了星形胶质细胞胞体。最终作者发现 在 DLS 和 NAcc 中， ChIs与S100β 阳性纹状体星形胶质细胞具有出乎意料的卫星样的空间排列和距离。
- 纹状体星形胶质细胞可以快速调节ChI自发放电
接下来，作者研究了星形胶质细胞去极化对ChIs的生理功能影响。通过病毒注射和电生理方法，作者发现，纹状体mcherry阳性神经元在动作电位、宽动作电位之间表现出相对去极化的膜电位，并具有大的后超极化，体现ChIs的特征。电流钳记录显示有规律或偶尔爆发的自发放电模式。一个短暂的蓝光脉冲使星形胶质细胞去极化，在约80%的ChIs中引起快速的膜电位变化，并伴随放电速率的变化。
总的来说，短暂的星形胶质细胞去极化可以通过调节局部神经回路来间接地使ChIs超极化并激活SPNs，但最直接的是，它可以通过一种快速机制使ChIs去极化，这与星形胶质细胞和ChIs之间独特的卫星样接近方式相一致。
- 星形胶质细胞通过局部清除[Ca2+]o迅速激活ChIs
为了确定星形胶质细胞介导ChIs快速兴奋的机制，作者接下来考虑了离子机制。星形胶质细胞表达广泛的离子通道、转运体和交换体，以调节细胞内和细胞外的离子浓度，包括[K+]和ChIs特别敏感的[Ca2+]o。作者的发现表明，与星形胶质细胞激活的兴奋或抑制反应相关的ChIs的不同内在特性可以通过[Ca2+]o的改变而不是[K+]o的改变双向诱导。虽然[K+]o可能是一个促成因素，但[Ca2+]o的局部差异可能发生并赋予不同神经元生理特性，此外，星形胶质细胞可能通过[Ca2+]o调节ChIs。
- 在人类大脑中也存在伴随纹状体ChIs的卫星星形胶质细胞
最后，为了了解小鼠星形胶质细胞和ChIs之间的相互作用对人类的转化价值，作者检查了人类前纹状体，以寻找纹状体星形胶质细胞和ChIs之间的类似配置。作者使用ChAT和GFAP抗体对三名健康对照者的死后脑切片进行了双免疫荧光染色，发现在纹状体中，ChIs同样经常被GFAP免疫阳性的卫星星形胶质细胞胞体和轴突所伴随。
总结
星形胶质细胞在调节神经回路中发挥的重要作用常常被低估。纹状体星形胶质细胞通过控制轴突神经调节剂（包括GABA和腺苷）的胞外张力来调节多巴胺的传递。然而，作者发现纹状体星形胶质细胞与胆碱能中间神经元（ChIs）具有细胞类型特异性的解剖和功能关系，通过这种关系，纹状体星形胶质细胞在亚秒时间尺度上快速激活胆碱能中间神经元并通过尼古丁乙酰胆碱受体控制多巴胺释放。在小鼠和人类中，作者发现ChI胞体出乎意料地接近星形胶质细胞胞体，形成了一种“胞体对胞体”的卫星状结构，这在其他纹状体神经元中是不常见的。作者发现小鼠纹状体星形细胞的瞬时去极化通过减少细胞外钙可逆地调节ChI的兴奋性。这些发现揭示了一种特殊的卫星星形细胞-神经元间相互作用，纹状体ChIs在亚秒时间尺度上通过调节细胞外钙动力学来塑造下游纹状体回路活动和多巴胺信号。
星形胶质细胞和ChIs在纹状体中密切的解剖关系，以及ChIs对星形胶质细胞控制的细胞外Ca2+通量的快速反应时间尺度，创造了一个快速的胶质细胞信号级联，调节ACh和下游DA的传递。ChIs和DA与广泛的神经和精神疾病有关，如帕金森病、亨廷顿病、图雷特病、精神分裂症、成瘾和抑郁症，这些动态星形细胞-神经元相互作用可能为改变疾病中的纹状体回路功能提供新的策略。
https://doi.org/10.1038/s41467-024-54253-7
找实验方法，上脑声常谈
动物模型构建与行为评估交流群
扫码邀请入群
方法检索教程
往期实验方法，需要的老师可以按照以下操作进行查阅：进入公众号脑声常谈→底部菜单栏脑声助手方法检索→最上方搜索框输入实验名称，您找的实验方法就出来啦！
热门跟贴