維持我們生物鐘的竟然是大腦中的這些填充物？
科學家們發(fā)現(xiàn)，曾經(jīng)被認為只是簡單地為神經(jīng)元占位的腦細胞實際上可能在幫助調(diào)節(jié)晝夜節(jié)律行為方面發(fā)揮重要作用。
星形膠質(zhì)細胞是一種神經(jīng)膠質(zhì)細胞 – 即通常被稱為“神經(jīng)系統(tǒng)的膠水”的、為神經(jīng)元提供支撐和保護的支持細胞。 但是一項新的研究表明，星形膠質(zhì)細胞不僅僅是間隙填充劑，而且它對于保持我們身體的內(nèi)部時鐘是至關(guān)重要的。
星形膠質(zhì)細胞
長期以來，科學共識長期認為我們的內(nèi)部時鐘是由視神經(jīng)核（SCN）控制的，這是由約20,000個神經(jīng)元組成的下丘腦腦區(qū)域。 但同一區(qū)域約有6000個星形星形膠質(zhì)細胞，其功能從未得到充分的解釋。
現(xiàn)在，圣路易斯華盛頓大學的一個團隊已經(jīng)成功對小鼠中的星形膠質(zhì)細胞進行獨立控制--通過改變星形膠質(zhì)細胞，科學家們能夠減慢動物的時間感。
研究人員Matt Tso說：“我們之前并沒料到它們的影響這么大。”
曾經(jīng)人們認為，SCN是大腦調(diào)節(jié)晝夜節(jié)律的唯一部分，但科學家現(xiàn)在明白，全身的細胞都有自己的晝夜節(jié)律鐘，包括構(gòu)成肺、心臟、肝臟等器官的細胞。
2005年，神經(jīng)科學家Erik Herzog的團隊曾發(fā)現(xiàn)星形膠質(zhì)細胞還包括這些時鐘基因。
Herzog的團隊表明，通過從小鼠中分離腦細胞并將其與生物發(fā)光蛋白偶聯(lián)，他們會有節(jié)奏地發(fā)光 – 這證明他們能夠像其他細胞一樣有時間感。
研究人員花了十多年時間，通過使用CRISPR-Cas9基因編輯刪除小鼠星形膠質(zhì)細胞中被稱為Bmal1的時鐘基因，來研究在活體樣本中檢測星形膠質(zhì)細胞行為的方法。
實驗開始后，小鼠的晝夜節(jié)律持續(xù)約23.7小時，因為黑暗中的小鼠每23.7小時在輪子上跑一次，通常誤差不會超過超過10分鐘。
人類也不是完全遵守24小時節(jié)律的- 哈佛大學1999年的一項研究發(fā)現(xiàn)，我們的內(nèi)部時鐘在每個24小時周期里會多出11分鐘。
盡管Herzog在2005年證明星形膠質(zhì)細胞會參與保持時間感，但團隊并沒有預料到?jīng)]有Bmal1的小鼠會受到影響，因為大多數(shù)關(guān)于SCN的研究證明了神經(jīng)元而不是星形膠質(zhì)細胞的控制作用。
“當我們刪除星形膠質(zhì)細胞中的基因時，我們本來預測它們的節(jié)律會保持不變，” Tso說。
“當人們在它們神經(jīng)元中刪除這個時鐘基因時，動物們完全失去節(jié)奏，這表明神經(jīng)元是維持日常節(jié)奏所必需的。”
但是，讓研究人員震驚的是，刪除星形膠質(zhì)細胞中的時鐘基因使得鼠標的內(nèi)部時鐘運行速度降低 – 每天的開始比平常約晚一個小時。
在另一項實驗中，該小組研究了一種導致晝夜節(jié)律鐘快速運行的基因突變。他們想知道，僅在動物的星形膠質(zhì)細胞中修復這種基因，而不修復其神經(jīng)元中的缺陷的話，會有什么影響。
“我們原本預計SCN會受神經(jīng)元的影響，” Tso說。 “SCN中的神經(jīng)元比星形膠質(zhì)細胞多10倍，為什么它們的行為受的是星形膠質(zhì)細胞的影響呢？
隨著該突變在動物的星形膠質(zhì)細胞中固定，小鼠比沒有突變修復的小鼠（無論是在星形膠質(zhì)細胞或神經(jīng)元中）晚了2小時開始跑動。
“（這些結(jié)果）表明，星形膠質(zhì)細胞以某種方式與神經(jīng)元‘交談’，以決定大腦中和行為上的節(jié)律，“Herzog說。
雖然研究人員承認，他們并不完全了解星形膠質(zhì)細胞控制晝夜節(jié)律行為的程度，但顯而易見的是，它非常強大。
當然，我們不能保證人類星形膠質(zhì)細胞以和小鼠細胞相同的方式調(diào)節(jié)身體時鐘，在今后的研究中可以對此進行確認。
我們必須等看到未來研究了才能知道結(jié)果，但有一件事是肯定的 - 這些腦細胞絕對不僅僅是神經(jīng)元填充物。
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