神经生物学：胶质细胞

1、 胶质细胞胶质细胞两类神经细胞：神经元（信号传递和处理） 胶质细胞（支持营养） 星形胶质细胞（Astrocytes） 少突胶质细（Oligodendrites） 小胶质细胞 （Microglia） 雪旺氏细胞 （ Schwann cell） Camillo Golgi(18431926）神经网络的概念和神经元学说神经网络的概念和神经元学说Signal transmission between neurons: electrical-chemical-electrical 2Pre-synaptic neuronPost-synaptic neuron Rudolph Virchow (1821

2、1902) 德国病理学家在观察了大量的人脑标本的基础上，在1858年出版的Cellular Pathology中系统地阐述了神经胶质（Neural glia）的概念 神经胶质（Neural glia）概念的提出 Camillo Golgi（18431926）营养假说 Robert Remak (1815-1865)首次认识到那些较粗的周围神经纤维有鞘样物质包绕，并有胞核存在，而细的纤维没有类似的结构。 Schwann 详细描述了这些结构。虽然他们都观察到了鞘样结构附近有胞核存在，但都没有意识到它们可能是与形成鞘样结构有关的细胞。 Ranvier 在1871年首次将这些细胞称为雪旺细胞（Schw

3、ann cell）。认为这些分开的节状分布并不是组织固定形成的假象，并认识到这些节状结构是各自独立的，每一节都有它自己相联系的雪旺细胞。后人把节与节连接的部位称为郎飞氏结（node of Ranvier）。但直到电镜技术的应用，才完全接受雪旺细胞产生髓鞘的学说。 Theodor Schwann (1810-1882)Louis-Antoine Ranvier (1835-1922) Cajal的学生, 发现少突胶质细胞和小胶质细胞。认为少突胶质细胞和星形胶质细胞同属于脑内的大胶质细胞。推测少突胶质细胞具有组成并维持中枢神经髓鞘的功能。然而只到电镜技术问世，中枢髓鞘是由少突胶质细胞生成的观点才得

4、到公认。由于Cajal没能重复出Rio-Hortega的结果，不相信少突胶质细胞的存在，并导致了他们合作关系的破裂。 认为小胶质细胞来源于中胚层，并具有迁移和吞噬的特性。提出小胶质细胞是不同于神经元（第一类）和大胶质细胞（第二类）的中枢第三类细胞。首次描述了小胶质细胞具有类阿米巴样和分枝状的两种状态，认为在病理情况下，小胶质细胞可以从非活性的分枝状转变成具有吞噬性的类阿米巴状的活性状态，具有巨噬细胞那样的运动和吞噬的功能。Pio del Rio-Hortega （1882-1945） 1910年描述了胶质细胞在各种脑疾病状态下的胶质细胞的反应变化。认为这些发生了阿米巴样变化的胶质细胞失去了正常

5、时具有的对神经元的支持作用，可能对变性坏死的神经起到消化清除作用。在他第一次报道的老年痴呆病例中，描述了病灶周围的处于激活状态的胶质细胞。Rio-Hortega对这些活化的胶质细胞特性进行了更细致的描述，并把活化的星形胶质细胞和小胶质细胞区别开来。Alois Alzheimer (1864-1915)Glial cell: perfect K+ electrodeStephen William Kuffler ( 1913 1980) lMembrane potential: -90 mMlCoupled by gap junction Whole-Cell Recording in Hipp

6、ocampal SliceWhole-Cell Recording in Hippocampal SliceGlu TransporterGluAstrocyteAstrocyteClearance of extracellular neurotransmitters 1 H+3 Na+1 Glu -1 K +3 Na+2 K +ATPADP_ _+ + + + + +_ _ _ _K+Na+1. Electrogenic2. Driven by Na, K gradient and negative membrane potential3. Modifiable4. Reversible u

7、nder certain condition5.Channel function Na+ -K+ pumpGlu transporterMetabolite couplingglutaminglutamateSignal transmission between neurons: electrical-chemical-electrical 2Pre-synaptic neuronPost-synaptic neuronGlial cells express various channels and receptorsRansom, Ketternmann, Barres, et al.Cha

8、rles et al., Neuron. 1991 Jun;6(6):983-92.Nedergaard, M (1994). Science 263, 1768-1771.Parpura, and Haydon, PG (1994). Nature 369, 744-747.Neuron-glia crosstalk: mediated by Ca 2+ wavesNeuron-glia interaction: New roles of glial cellsGap junctionMechanisms of intercellular Ca 2+ wave propagationNeur

9、on-glia signaling and the dynamic control of brain microcirculationCells in the brain:NeuronsGliaGlia-neuron ratio in the brain:Drosophila: 25%Rat: 65%Human: 90%中枢髓鞘少突胶质细胞P8P14P20P50NG2 glial cells: oligodendritic precursor cells (OPC)Distinctive electrophysiological propertiesNeuronNG2Astrocytes髓鞘相

10、关抑制分子等神经再生 抑制分子的表达和分泌胶质疤痕对神经生长的物理 屏障和血供障碍过度炎症反应新生轴突的再髓鞘化障碍中枢神经修复再生障碍的决定因素小胶质细胞Perry and OConnor, ASN Neuro. 2010 Oct 14;2(5):e00047ATP induced microglial chemotaxis.Functions of P2Y receptors in microgliaUDP: Eat me signal P2Y6 - Phagocytosis ATP: Signal for coming and drinkingP2Y12 - Chemotaxis P2Y

11、4 - Macropinocytosis (PI3K)CNSl星形胶质细胞星形胶质细胞（Astrocytes）代谢，营养，信号 （Ca2+ 波） l少突胶质细胞少突胶质细胞（Oligodendrites）中枢髓鞘 l小胶质细胞小胶质细胞 （Microglia）吞噬、免疫 PNS 雪旺氏细胞雪旺氏细胞 （ Schwann cell）周围髓鞘 Glial cell: perfect K+ electrodeGlu TransporterGluAstrocyteAstrocyteClearance of extracellular neurotransmitters 1 H+3 Na+1 Glu -1 K +3 Na+2 K +ATPADP_ _+ + + + + +_ _ _ _K+Na+1. Electrogenic2. Driven by Na, K gradient and negative membrane potential3. Modifiable4. Reversible under certain condition5.Channel function Na+ -K+ pumpGlu transporterMetabolite couplingglutaminglutamateC