星形胶质细胞可以在脑损伤后获得神经干细胞特性

新的研究表明，特定类型的脑细胞在脑损伤后变得活跃，并表现出与神经干细胞相似的特性。星形胶质细胞的可塑性可能与半乳糖凝集素3蛋白的上调相关，这可能对发现其他生物标志物有重大贡献。

研究发现，一种特定的蛋白质可以调节这些细胞，并且可以成为治疗的目标，并有助于开发更好的脑损伤治疗方案。神经元的丧失，随后导致大脑功能受损，是由神经系统疾病的发作和进展引起的，如中风、脊髓损伤和神经退行性疾病，如帕金森病、阿尔茨海默病/痴呆症、渐冻症和MND。

目前有效的治疗方案仍需改进。然而，临床前研究表明，反应性星形胶质细胞是一种有希望的反应，这是一种特定类型的神经胶质细胞，与神经元一样是神经系统的重要组成部分。小胶质细胞和神经胶质细胞被认为是神经元的保护者，表现出恢复细胞增殖的能力，这是保护受损伤的大脑免受免疫细胞侵袭的重要机制。^[1]

什么是星形胶质细胞？

星形胶质细胞是大脑和脊髓中的一种神经胶质细胞。它们是人脑中最丰富的细胞类型，在神经系统的功能中发挥着至关重要的作用^[2]。以下是星形胶质细胞的一些关键方面：

• 支持和结构：星形胶质细胞为神经元提供结构支持，促进神经发生并维持神经元运行的环境。
• 血脑屏障：它们参与形成和维持血脑屏障，控制血液和大脑之间的物质运动。
• 营养和废物管理：星形胶质细胞调节细胞外空间中离子和神经递质的浓度。它们还有助于将营养物质输送到神经元并清除废物。
• 修复和保护性疤痕：星形胶质细胞可以增殖并在受伤区域周围形成疤痕（物理和生化屏障）。这种屏障有助于遏制损伤并防止其扩散到健康的脑组织。这是神经系统受伤后大脑正常修复过程的一部分。
• 神经递质调节：它们可以通过吸收和释放神经递质以及星形胶质细胞凋亡来调节神经传递。
• 神经元健康：星形胶质细胞的功能对于神经元的生存和功能至关重要，有助于修复、释放中性粒细胞和保护神经系统组织。
• 神经可塑性：它们在突触的形成和重塑中发挥作用，影响学习和记忆。

星形胶质细胞呈星状，因此得名“astro”（希腊语星形）和“cyte”（细胞）。它们因其在中枢神经系统中超越其传统支持功能的多样化和动态作用而日益受到认可^[3]。

星形胶质细胞与少突胶质细胞的作用

星形胶质细胞可以获得神经干性特性吗？

星形胶质细胞可以重新表达以获得神经干细胞（NSC）特性，并具有大脑修复和再生的潜力。星形胶质细胞可以通过多种方式获得或表现出神经干细胞特性，包括：

• 损伤引起的再激活：为了响应脑损伤或疾病，星形胶质细胞可以恢复到更原始的干细胞样状态。这个过程被称为反应性神经胶质增生，经常会看到星形胶质细胞在星形胶质细胞吞噬作用期间重新表达通常在 NSC 中活跃的基因
• 分子和环境线索：再生中心的研究表明，特定的分子和环境线索会诱导星形胶质细胞分化成干细胞样状态。例如，引入某些转录因子或暴露于特定的生长因子可以触发这种转变。
• 表观遗传变化：星形胶质细胞表观遗传景观的变化，例如 DNA 甲基化和组蛋白修饰的改变，可以重新编程它们以获得干细胞样特性。
• 基因编辑技术：先进的基因操作技术（如 CRISPR/Cas9）可用于修改星形胶质细胞的基因表达，有可能将其重新编程为NSC。
• 细胞融合事件：在极少数情况下，大脑中的细胞融合事件可能导致星形胶质细胞与神经干细胞合并，从而可能赋予星形胶质细胞神经干细胞特征。
• 微环境影响：大脑的微环境，包括特定的细胞外基质成分和邻近细胞，可以影响星形胶质细胞的行为，并可能促进干细胞样特性。
• 神经源性生态位：某些大脑区域（例如室下区（SVZ）和海马体）中的某些类型的星形胶质细胞已经处于更具可塑性的状态，并且就其形成新神经元的潜力而言更接近NSC。
• 应激反应：在某些应激条件下，星形胶质细胞外泌体可能会恢复到更具可塑性的干细胞样状态，作为大脑内在修复机制的一部分。

这些对星形胶质细胞可塑性及​​其获得NSC特性的潜力的见解对于再生中心开发神经退行性疾病和其他神经系统疾病（如共济失调、多发性硬化症、横贯性脊髓炎和周围神经病）的新治疗策略至关重要。然而，我们的结果是初步的，需要进行更多的研究才能充分理解并安全地利用这种能力进行临床应用^[4]。

星形胶质细胞有什么作用？

其中一些星形胶质细胞获得神经干细胞样特性，可以自我更新并产生不同的细胞类型，包括神经元和神经胶质细胞。一旦出现与疾病或损伤相关的功能紊乱血脑屏障（BBB）发生时，星形胶质细胞标记物和神经细胞生长因子可以启动、增加和获得神经干细胞特性。研究表明，脑损伤部位的病理特异性星形胶质细胞可塑性可能与半乳糖凝集素3蛋白的上调相关。

半乳糖凝集素3蛋白质生物标志物

Galectin-3是一种属于凝集素家族的蛋白质，该家族是已知能与特定碳水化合物结构结合的蛋白质。Galectin-3的一些有用方面包括：

• 结构和结合：Galectin-3 具有碳水化合物识别结构域 (CRD)，使其能够与 β-半乳糖苷糖特异性结合。这种结合能力对于其在各种细胞过程中的作用至关重要。
• 细胞功能：它参与广泛的细胞功能，包括细胞生长、粘附、分化、血管生成（新血管的形成）、细胞凋亡（程序性细胞死亡）和炎症。
• 在免疫系统中的作用：Galectin-3在免疫系统中发挥着重要作用。它调节免疫反应，包括免疫细胞的激活和成熟以及炎症过程。
• 癌症研究：由于其在多种癌症中高表达以及在肿瘤进展、转移和血管生成中的作用，它在癌症研究中受到关注。Galectin-3 被认为是癌症诊断的潜在生物标志物和治疗靶点。
• 纤维化： Galectin-3 与多种器官（如肝脏、肾脏和心脏）纤维化的发生有关。它介导成纤维细胞的活化和细胞外基质成分的积累。
• 心脏病： Galectin-3水平升高与充血性心力衰竭和心脏病发作有关，可以作为这种疾病的诊断和预后的标志物。
• 传染病：它在宿主与病原体的相互作用中发挥作用，影响人体对各种细菌、病毒和真菌感染的反应。
• 细胞粘附和迁移：Galectin-3参与细胞粘附过程，可以影响细胞归巢、细胞迁移，这对于伤口愈合和癌症转移至关重要。
• 神经生物学：关于Galectin-3在神经生物学中的作用，特别是在神经炎症和神经退行性疾病中的作用，有新的研究。

星形胶质细胞治疗神经退行性疾病

鉴于星形胶质细胞增殖的重要性，这些发现有助于理解脑脊液成分的变化（半乳糖凝集素3蛋白的上调）如何支持大脑中星形胶质细胞可塑性的维持。

确定半乳糖凝集素3蛋白作为星形胶质细胞可塑性的诱导剂有助于发现其他生物标志物，这些生物标志物可以在受损的脑实质内提供有益的调节。这些急性损伤后星形胶质细胞增殖的调节因子为这些生物标志物的未来临床应用提供了广阔的前景，作为检测神经胶质干细胞治疗有益反应的指标，或帮助识别受伤患者大脑中是否存在具有干细胞潜力的其他细胞^[5]。

参考资料：

[1] ^Rauf A, Badoni H, Abu-Izneid T, Olatunde A, Rahman MM, Painuli S, Semwal P, Wilairatana P, Mubarak MS. Neuroinflammatory Markers: Key Indicators in the Pathology of Neurodegenerative Diseases. Molecules. 2022 May 17;27(10):3194. doi: 10.3390/molecules27103194. PMID: 35630670; PMCID: PMC9146652.

[2] ^Dejakaisaya H, Kwan P, Jones NC. Astrocyte and glutamate involvement in the pathogenesis of epilepsy in Alzheimer’s disease. Epilepsia. 2021 Jul;62(7):1485-1493. doi: 10.1111/epi.16918. Epub 2021 May 10. PMID: 33971019.

[3] ^Freeman MR. Specification and morphogenesis of astrocytes. Science. 2010 Nov 5;330(6005):774-8. doi: 10.1126/science.1190928. PMID: 21051628; PMCID: PMC5201129.

[4] ^Ganapathy K, Datta I, Bhonde R. Astrocyte-Like Cells Differentiated from Dental Pulp Stem Cells Protect Dopaminergic Neurons Against 6-Hydroxydopamine Toxicity. Mol Neurobiol. 2019 Jun;56(6):4395-4413. doi: 10.1007/s12035-018-1367-3. Epub 2018 Oct 16. PMID: 30327976.

[5] ^Alisch M, Kerkering J, Crowley T, Rosiewicz K, Paul F, Siffrin V. Identification of the gliogenic state of human neural stem cells to optimize in vitro astrocyte differentiation. J Neurosci Methods. 2021 Sep 1;361:109284. doi: 10.1016/j.jneumeth.2021.109284. Epub 2021 Jul 7. PMID: 34242705.

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