研究显示免疫细胞如何改变发育中的小鼠大脑的线路

研究人员已经在小鼠身上证明，在正常发育过程中，大脑中的免疫细胞如何瞄准并移除脑细胞之间未使用的连接。这项由美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)支持的研究揭示了大脑活动如何影响大脑发育，并强调了免疫系统在大脑连接方式中的重要性，以及大脑在一生中如何形成新的连接以应对变化。

大脑中的抗病细胞，被称为小胶质细胞，可以清除神经元之间数十亿个微小的连接(或突触)，神经元是通过电信号和化学信号传递信息的脑细胞。这项新的研究表明，小胶质细胞对神经元活动做出反应，选择突触进行修剪，并显示了这种修剪是如何依赖于一个免疫反应途径-补体系统-以消除细菌细胞或其他致病碎片的方式消除突触。这项研究是由波士顿儿童医院和哈佛医学院的神经病学助理教授贝丝·史蒂文斯博士领导的。

大脑产生时的突触比成年时保留的要多得多。随着大脑的发育，它会经历动态变化来完善它的电路，修剪掉活动不大的突触连接，保留更强、更活跃的突触。这一时期被称为突触修剪，是正常大脑发育的关键部分。

科学家们还不清楚这些突触是如何被选择、靶向和修剪的。然而，精确地消除未使用的突触并加强那些最需要的突触对正常的大脑功能至关重要。许多儿童疾病，如弱视(眼睛错位时可能发生的单眼视力丧失)、各种形式的智力迟钝、癫痫和自闭症，都被认为是由于大脑发育异常造成的。

小胶质细胞起源于骨髓，并转化为激活状态，以保护身体免受感染。激活的小胶质细胞也在其他疾病状态中被发现，从中风到阿尔茨海默病。然而，我们并不总是清楚这些细胞是否会引起退化大脑细胞或者它们是大脑恢复过程的一部分。近年来，几个研究小组报告说，激活的小胶质细胞也存在于正常的大脑中。此外，在最强健的突触修剪时期，突触周围聚集的活化小胶质细胞数量增加。

据5月24日的《神经元,史蒂文斯博士实验室的科学家们在老鼠为了研究突触修剪，一个在发育过程中经历强大变化和重塑的模型，其电路是明确的，易于操作。研究人员标记了从眼睛投射到大脑外侧膝状核(LGN)区域的神经元，发现反应性小胶质细胞含有标记神经元的部分突触。他们还发现，这些标记的突触物质特别存在于小胶质细胞的溶酶体中——溶酶体负责消化外来颗粒。

研究人员随后调查了神经活动一个突触决定了小胶质细胞是否以它为目标进行移除。他们使用一种药物来增加从一只眼睛伸出的神经元的活动，与未治疗的眼睛相比，他们发现相应大脑区域的突触修剪更少。当他们使用药物来减少活动时，与未治疗的眼睛相比，这导致了更多的修剪。研究人员认为，小胶质细胞根据突触的活动水平选择要移除的突触。这可能与弱视直接相关，弱视是当眼睛不对准时可能发生的一只眼睛的视力丧失。弱视儿童会优先使用一只眼睛，而较少使用的那只眼睛的视力会因LGN中突触和细胞的损失而恶化。

早期的研究表明，在发育过程中，补体系统中的蛋白质在突触附近被发现，并且是修剪所必需的。为了研究这些相同的蛋白质是否被小胶质细胞用来形成神经元连接，研究人员破坏了只在大脑中发现的补体通路蛋白免疫细胞．他们的研究结果表明，这些补体蛋白向小胶质细胞发出修剪突触的信号免疫系统通路是正确修剪突触的关键。

“小胶质细胞剪枝的概念突触国家神经疾病和中风研究所的项目主任埃德蒙·塔利博士说，“这项非常仔细和细致的研究证实了小胶质细胞在大脑中的作用。大脑发育可塑性和学习能力。”

史蒂文斯博士说，这项研究揭示了小胶质细胞在正常大脑中的作用，并支持进一步研究小胶质细胞在脑部疾病中的作用。“几乎所有的神经退行性疾病大脑疾病涉及几个有趣的共同点，”她说。“越来越多的人认识到，早期突触丧失是许多神经退行性疾病的一个标志。”