核心概念神经科学与心理学发布日期:2021年9月17日

少突胶质细胞如何帮助大脑功能

作者

特蕾西·a·c·s·苏特

中国他

年轻的评论家

约翰·亨利

赖德

摘要

想象一下，你有一个非常重要的信息，你必须尽快传达给你的朋友。你会给你的朋友寄一封手写的信，通过邮局几天后就能收到吗?或者你会发一封电子邮件，几乎马上就能收到?神经元的工作是在大脑、脊髓和身体中迅速发送信息。神经元从另一种叫做少突胶质细胞的细胞那里得到帮助来完成这项重要的工作。在这篇文章中，我们描述了少突胶质细胞如何帮助神经元快速发送信息，以及科学家如何试图保护和替换在多发性硬化症或脑损伤等疾病中受损的少突胶质细胞。

通过身体发送信息

神经元就像身体的邮递员;它们负责在大脑和身体中传递信息。为了传递这些信息，神经元有一种特殊的形状:一种长长的管状延伸物，称为神经元轴突，向目标方向延伸(图1一个)。你可以把轴突想象成邮递员送信时必须行驶的道路。但并不是所有的道路或送货路线都是一样的。有些道路可能比其他道路长，有些道路可能有坑洼或交通堵塞，所有这些都会减慢邮件的递送。如果你有非常重要的信息需要马上收到，这就会是个问题。

图1 - (A)在婴儿中，神经元没有任何髓磷脂覆盖。 — 图一-**(一)**婴儿的神经元没有髓磷脂覆盖。

**(B)**渐渐地，随着孩子的成长，少突胶质细胞将轴突包裹在髓磷脂中。**(C)**一个少突胶质细胞可以同时形成多个轴突的髓鞘。如果你要切开一个有髓鞘的神经元，你会看到髓鞘层层包裹在轴突周围。在右边，你可以看到髓磷脂包裹在轴突上的真实图片。

为了帮助加快信息传递，神经元与一种叫做少突胶质细胞。当神经元得到少突胶质细胞的帮助时，它们可以以闪电般的速度发送信息，即使它们的轴突非常长。少突胶质细胞这个词听起来可能有点奇怪，但这个名字描述了这种细胞的特殊作用。像生物学中的许多单词一样，它来自希腊语，意思是“很少分支的细胞”。一个少突胶质细胞可有多达50个不同的分支[1］．每个分支伸出来抓住轴突(图1 b)。然后，少突胶质细胞将其分支一遍又一遍地包裹在轴突周围，就像卷起地毯一样(图1 c) [2］．包裹在轴突周围的东西叫做髓鞘，少突胶质细胞将髓鞘包裹在轴突周围的行为称为髓鞘形成。

当婴儿刚出生时，婴儿的神经元没有任何来自少突胶质细胞(图1一个) [2，3.］．婴儿的大脑在工作，但传递信息的速度有点慢，有些可能会“在邮件中丢失”。随着年龄的增长，少突胶质细胞开始延伸它们的分支，包裹着大脑中的轴突。当这种情况发生时，神经元发送信息的速度越来越快。最终，当我们大约25-30岁时，所有需要少突胶质细胞帮助的轴突都将被髓磷脂包裹起来(图1 b) [4］．一旦神经元和少突胶质细胞结合在一起，神经元就能极其迅速地交流，就像点击电子邮件上的“发送”键一样。

髓磷脂到底是什么，它是如何帮助神经元更快地传递信息的?髓磷脂由一种脂肪物质组成，这种物质使髓磷脂具有隔离神经元的能力，就像电源线金属线周围的塑料涂层一样。髓鞘提供的绝缘使信息在沿轴突传递时保持在神经元内。如果轴突没有髓磷脂，信息在沿轴突传递时就会逐渐泄漏或减弱。如果信息在到达轴突末端时缺失太多，信息可能无法传递或不完整!因此，除了加速信息传递外，髓磷脂对于保持信息传递时的可读性和准确性至关重要。

整天送信很费事。我们的邮递员在白天需要喝水和吃点零食，以确保他们有足够的精力完成所有的投递工作。神经元也需要大量的营养支持，因为它们也在不断地工作。由于少突胶质细胞与神经元密切接触，它们是帮助确保神经元获得所需食物和水的完美细胞。所以，除了帮助信息传递外，少突胶质细胞还为神经元提供持续发送信息所需的营养支持[3.］．

神经元损伤与修复

有很多东西可以阻止少突胶质细胞帮助神经元(图2)。正如你已经了解到的，一个健康的成年神经元将髓磷脂包裹在它的轴突周围。在阿尔茨海默病等疾病中，神经元会变得非常虚弱并开始死亡，这个过程被称为变性。当神经元退化时，髓磷脂开始从轴突脱落，轴突变成脱髓鞘。多发性硬化症是脱髓鞘疾病的一个例子，其中轴突失去了髓鞘。如果少突胶质细胞损失严重，神经元也会开始退化[2，5］．如果轴突受伤或被割伤，它也会脱髓鞘而死亡。1］．科学家们认为神经元和少突胶质细胞是相互依赖的，如果一个细胞开始死亡，另一个细胞也会死亡。6］．

图2 - (A)成年人大脑中正常、健康的髓鞘神经元。 — 图二-**(一)**成人大脑中正常、健康的有髓神经。

**(B)**当有髓鞘神经元退化时，轴突和髓鞘都解体并死亡。**(C)**如果少突胶质细胞生病或死亡，髓鞘从轴突脱落，这一过程称为脱髓鞘。这可能发生在多发性硬化症中。**(D)**如果轴突被切断或神经元受到其他损伤，轴突和髓磷脂都会分裂并死亡。**(E)**神经元可以再生，但再生的神经元轴突上缺乏髓磷脂。

当神经元重新生长或修复轴突时，我们称之为再生。由于神经元对大脑的交流至关重要，科学家们一直在努力使损伤或疾病后的轴突再生。但是，即使科学家让神经元再生，这些神经元也没有少突胶质细胞的髓鞘化，这阻止了新修复的神经元履行它们的通信职责。在某些情况下，再生的神经元在没有少突胶质细胞的支持下会死亡[3.］．

科学家们正试图保护和再生少突胶质细胞，这样再生的神经元就可以重新鞘化，大脑功能就可以恢复。少突胶质细胞的一个惊人之处在于，它们可以在人的一生中自我替换。考虑到少突胶质细胞所做的所有工作，很容易想象它们可能需要不时地被替换。幸运的是，大脑中含有婴儿少突胶质细胞少突胶质细胞前体细胞(信息公开化。所以，当一个旧的少突胶质细胞需要被替换时，一个OPC会首先分裂产生更多的OPC。新制造的OPCs将开始发育成未成熟的少突胶质细胞。在这个阶段，它们有分支，但还没有用髓磷脂包裹轴突。随着时间的推移，未成熟的少突胶质细胞将继续发育，直到它们成为成熟的髓鞘少突胶质细胞(图3) [7］．

图3 -婴儿少突胶质细胞，称为少突胶质细胞前体细胞(OPCs)，变成成熟的髓鞘化少突胶质细胞。

当OPCs从“有益的”小胶质细胞获得信号时，OPCs的数量首先增加。这些新细胞变成不成熟的少突胶质细胞，有分支，但还没有髓鞘轴突。最终，未成熟的少突胶质细胞变成成体，成髓鞘少突胶质细胞可以将髓鞘包裹在许多不同的轴突周围。然而，“有害的”或压力大的小胶质细胞可以发送信号，使少突胶质细胞被困在不成熟阶段。

是什么阻止了新的少突胶质细胞帮助神经元?

虽然我们知道OPCs发育成髓鞘少突胶质细胞是可能的，并且是自然发生的，但我们不知道在受伤或疾病后如何启动这一过程。在受伤或疾病的情况下，大脑中的其他细胞通常也有问题——不仅仅是神经元和少突胶质细胞。科学家最近的研究表明，脑细胞会呼叫小神经胶质细胞它们的功能就像大脑中的垃圾收集器，是产生新少突胶质细胞的关键。小胶质细胞在大脑和脊髓中四处游走，寻找需要处理的“垃圾”——比如故障细胞或死亡细胞。小胶质细胞也向包括少突胶质细胞在内的其他细胞发送信号，告诉它们大脑中出现了问题，或者告诉它们安全了，可以恢复正常活动了。当小胶质细胞在大脑中遇到大损伤或受损区域时，它们会因所有出错的事情而变得过度活跃和紧张。

新的研究表明，在受伤或疾病后，有“有益的”和“有害的”小胶质细胞，它们都可以影响少突胶质细胞(图3) [8，9］．最初，有用的小胶质细胞告诉OPCs有再生的神经元需要髓鞘化。这种来自有益小胶质细胞的信号导致opc数量的增加[6］．然而，随着时间的推移，这些有益的小胶质细胞可能会变成有害的小胶质细胞。你可以想象，如果你经常被出错或坏掉的东西包围，你可能会有点压力。在opc变成不成熟少突胶质细胞的过程中，小胶质细胞变得如此不堪重负，以至于它们开始告诉不成熟的少突胶质细胞停止成熟，不要变成髓鞘化少突胶质细胞[8］．

为了防止小胶质细胞阻止少突胶质细胞成熟，科学家们开发了一种药物，可以暂时从大脑中移除几乎所有的小胶质细胞[9］．这种药物会让有害的小胶质细胞自我毁灭，并消除大脑中的大部分小胶质细胞，但不是全部。有害小胶质细胞数量的大幅下降足以让未成熟的少突胶质细胞完成发育，并将髓磷脂包裹在再生的轴突周围[8］．一旦再生的轴突被新成熟的少突胶质细胞髓鞘化，药物就不再需要，可以停止使用。当药物被移除后，小胶质细胞将开始自我替代[9］．这种药物的一个问题是，我们不希望人们失去小胶质细胞，即使是很短的时间。小胶质细胞对于清除大脑碎片和受损细胞至关重要，所以如果一个人在服用这种药物时再次头部受伤，就没有有用的小胶质细胞来清理。因此，科学家们现在正在努力研制新的药物，以阻止有害的小胶质细胞阻止髓鞘化少突胶质细胞的生成，同时仍然允许小胶质细胞执行其他有益的职责。

结论

神经元和少突胶质细胞共同工作，确保信息在大脑和身体中尽可能快地传递。当大脑受伤或生病时，神经元和少突胶质细胞都会死亡，导致主要的通信失败。在数百万脊髓损伤或多发性硬化症患者中，这些沟通障碍会导致他们失去行走、说话或正常生活的能力。因此，科学家们正在努力在这些损伤或疾病后再生神经元和少突胶质细胞。新疗法的发现可以帮助少突胶质细胞恢复髓鞘和支持神经元，有助于改善这些患者的生活质量。