社會經(jīng)驗對于發(fā)展和維持高階大腦功能至關(guān)重要。社交剝奪會導(dǎo)致認知缺陷，細胞研究主要集中于相關(guān)的神經(jīng)元失調(diào)。盡管我們理解社會經(jīng)驗在大腦發(fā)育過程中的重要性，但這些環(huán)境輸入如何塑造認知大腦回路仍不清楚。星形膠質(zhì)細胞通過緩沖和釋放一系列作用于突觸的神經(jīng)活性物質(zhì)，在神經(jīng)傳遞中發(fā)揮著核心作用。但社交剝奪對星形膠質(zhì)細胞功能的影響尚不清楚。

近日，美國貝勒醫(yī)學(xué)院癌癥神經(jīng)科學(xué)中心Benjamin Deneen實驗室在Neuron發(fā)表研究，發(fā)現(xiàn)受到社會隔離的幼年小鼠海馬星形膠質(zhì)細胞表現(xiàn)出Ca2+活性增加和基因表達的整體變化。

1、社交剝奪增強星形膠質(zhì)細胞Ca2+活性

為了了解社交剝奪對星形膠質(zhì)細胞生物學(xué)的影響，研究人員將剛斷奶的Aldh1l1-GFP報告小鼠（P21）置于群居（GH）或單獨（SH）條件下4周[Fig.1A]。分析顯示Sox9和Aldh11-GFP表達細胞的數(shù)量沒有變化，表明所有分析區(qū)域的星形膠質(zhì)細胞總數(shù)沒有變化。評估GFAP的表達發(fā)現(xiàn)在SH條件下海馬CA1中顯著上調(diào)[Fig.1B,C]。同時，SH條件下小鼠攻擊性增加，自發(fā)活動增加，一些焦慮相關(guān)行為輕微增加。還觀察到長期空間記憶和聯(lián)想記憶（恐懼條件）中的特定缺陷。此外，SH中星形膠質(zhì)細胞自發(fā)Ca2+反應(yīng)的幅度、頻率和曲線下面積（AUC）均顯著增加[Fig.1E]。

Figure 1 社交剝奪改變海馬星形膠質(zhì)細胞的性質(zhì)

2、TRPA1調(diào)節(jié)社會剝奪誘導(dǎo)的Ca2+

社交剝奪后引起海馬星形膠質(zhì)細胞中Ca2+活性變化的分子機制是什么？研究人員對GH或SH條件下4周后FACS分離的海馬星形膠質(zhì)細胞進行單細胞測序。首先發(fā)現(xiàn)SH不改變星形膠質(zhì)細胞亞型身份（包括Sparcl1、Gja1、Prdx6、Gfap、Cd9和Egr1）[Fig.2A]。隨后通過差異表達基因（DEG）確定了在SH星形膠質(zhì)中表現(xiàn)出上調(diào)的幾個重要細胞通路，包括突觸、結(jié)構(gòu)和Ca2+信號通路[Fig.2B]，并進一步確定TRP通道信號在SH星形膠質(zhì)細胞中也顯著上調(diào)。且通過TRP1選擇性拮抗劑HC處理，發(fā)現(xiàn)能夠逆轉(zhuǎn)SH組海馬CA1星形膠質(zhì)細胞中Ca2+活性總體下降[Fig.2D]。表明，社交剝奪導(dǎo)致星形膠質(zhì)細胞中TRPA1的上調(diào)，而TRPA1活性的增加有助于在SH條件下增強海馬星形膠質(zhì)細胞的Ca2+活性。

Figure 2 社交剝奪后星形膠質(zhì)細胞TRPA1表達增加

3、抑制TRPA1可挽救社交剝奪后的記憶缺陷

接下來，研究人員通過LTP檢測了社交剝奪后TRPA1在海馬回路功能中的作用。研究發(fā)現(xiàn)在GH條件下，HC處理抑制LTP。而在SH條件下，HC處理則增加了LTP[Fig.3A-C]。說明TRPA1在海馬星形膠質(zhì)細胞中具有環(huán)境特異性作用，在GH條件下促進LTP，而在SH條件下抑制LTP。最后，發(fā)現(xiàn)HC處理也能使SH組的新事物認知表現(xiàn)恢復(fù)到與GH相當?shù)乃絒Fig.3D,E]，即TRPA1在海馬回路中的作用是由社會經(jīng)驗所塑造。

Figure 3 抑制TRPA1恢復(fù)海馬回路功能

4、星形膠質(zhì)細胞特異性敲除TRPA1可恢復(fù)學(xué)習和記憶

為了檢測TRPA1在星形膠質(zhì)細胞中的特異性作用，研究人員采用基于Cre依賴性CRISPR的方法從海馬星形膠質(zhì)細胞中將其敲除[Fig.4A,B]。行為學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)來自Cas9/Cre+sgRNA的GH小鼠表現(xiàn)出新事物認知性能降低，而來自Cas9/Cre+sgRNA的SH小鼠表現(xiàn)出與來自GH條件隊列相當?shù)恼J知水平[Fig.4D,E]。

Figure 4 星形膠質(zhì)細胞特異性缺失TRPA1挽救社會剝奪后海馬回路功能

5、社交剝奪后Best1敲除恢復(fù)海馬回路功能

星形膠質(zhì)細胞TRPA1缺失后是如何恢復(fù)社交剝奪后海馬回路功能的，研究人員通過之前的單細胞測序發(fā)現(xiàn)GABA合成途徑中的酶在SH后的星形膠質(zhì)細胞中高度表達，單胺氧化酶B（Maob）在SH星形膠質(zhì)細胞亞群中表達上調(diào)。而該現(xiàn)象又是依賴于TRPA1的，說明TRPA1介導(dǎo)星形膠質(zhì)細胞GABA的增加釋放。

Bestrophin-1（Best1）是一種Ca2+激活的Cl通道，負責星形膠質(zhì)細胞釋放GABA。研究人員發(fā)現(xiàn)，海馬星形膠質(zhì)細胞中Best1的敲低抑制了SH后星形膠質(zhì)細胞緊張性GABA的釋放[Fig.5]。

Figure 5 社交剝奪后敲除Best1可恢復(fù)海馬回路功能

總結(jié)

本研究表明，社交剝奪導(dǎo)致星形膠質(zhì)細胞基因表達和Ca2+活性的廣泛變化，其中值得關(guān)注的是TRPA1和GABA合成途徑關(guān)鍵成分的表達增加，并發(fā)現(xiàn)抑制TRPA1在社交剝奪后可恢復(fù)海馬回路功能和空間記憶。

總之，該研究揭示了社會環(huán)境（社交活動）如何影響星形膠質(zhì)細胞的生理學(xué)，并確定了TRPA1-GABA信號在海馬星形膠質(zhì)細胞中的特定作用。

參考文獻：

Cheng, Yi-Ting et al. “Social deprivation induces astrocytic TRPA1-GABA suppression of hippocampal circuits.”Neuron, S0896-6273(23)00039-9. 7 Feb. 2023, doi:10.1016/j.neuron.2023.01.015

編譯作者：Young（brainnews創(chuàng)作團隊）

校審：Simon（brainnews編輯部）

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