项目来了丨胶质细胞的“逆袭”：一位神经系统打杂员工成名的故事

爱因斯坦太聪明了，以至于人们对他的大脑产生了私心。

爱因斯坦去世后，为其进行尸检的病理学家托马斯·哈维借解剖遗体的机会，悄悄取走了他的大脑，并分成了240份保存。

（1994年BBC纪录片中，哈维向日本的访客Ken Kenki博士展示了爱因斯坦的大脑。视频来源：BBC）

神经学家玛丽安·戴蒙是其中一位研究过爱因斯坦大脑的人。1985年，她在检测爱因斯坦大脑切片时首次发现，与正常人相比，爱因斯坦脑中存在更多星形胶质细胞和少突胶质细胞。

当时，胶质细胞并未因为这项发现而“名声大噪”，在那个时代，大家对于大脑的研究还停留在神经元（又称“神经细胞”）。但在今日，更多的科学研究转向了胶质细胞。这位低调的神经系统家族成员也来到了聚光灯前。

（神经元和胶质细胞共同构成了神经网络，视频来源：Alila Media）

人们原以为胶质细胞只是个打杂的

神经系统是机体内对生理功能活动的调节起主导作用的系统。你最常听到的一种细胞类型，是神经元。神经元对刺激做出反应并传递信号。你感觉到尿意决定去嘘嘘，你看到手上爬了虫子用手拍下来，你感觉到饿了吃了块饼干，这些行为都是你身体感知到，并经由神经系统后作出的决策判断。

（视频来源：Youtube “The Nervous System”）

我们的大脑中枢神经系统就像外卖店，处理着各种“想法订单”，神经元是外卖店的全年无休的主管，负责各种订单的最终落实。它不能因为有事就请假，如果它有事了，我们就生病了。帕金森病、阿兹海默病（痴呆）等神经退行性疾病就是因为这位主管出了问题。

但是，一个店光有主管可不行，还得有干活的。人们通常认为胶质细胞就是默默无闻打杂的店员，虽然干活比谁都多，但没有话事权。

（神经细胞和胶质细胞的动画形象，视频来源：Youtube “The Nervous System”）

胶质细胞在中枢神经系统中的数量大约是神经元的十倍。科学家曾认为神经胶质只是把神经元聚拢在一起的脚手架或胶水，实际上，不同类型的胶质细胞承担着许多其他重要的功能。

星形胶质细胞是数量最大、功能最多的胶质细胞。它把神经元固定在血液供应处，控制神经元与毛细血管的物质交换。它还会帮助重塑神经元之间的突触，从而帮助重建大脑神经元的连接。

（星形胶质细胞动画形象，视频来源：Youtube “The Nervous System”）

少突胶质细胞包裹着神经元，制造一种叫“髓鞘”的绝缘层，能加速神经元之间信息传递的速度。

（少突胶质细胞的动画形象，视频来源：Youtube “The Nervous System”）

小胶质细胞负责吞掉新陈代谢的副产物和死去细胞的碎片，同时作为主要的免疫来源，它们能对抗脑和脊髓中入侵的微生物。

（小胶质细胞的动画形象，视频来源：Youtube “The Nervous System”）

室管膜细胞补贴在脑和脊髓的腔面中，制造、分泌和循环脑脊液，填充进这些腔的缝隙，使器官得到缓冲。不同种类的胶质细胞在神经系统中各司其职。

（室管膜细胞的动画形象，视频来源：Youtube “The Nervous System”）

长期以来，人们以为胶质细胞都是任劳任怨、没有想法的老实员工，店里有问题就找主管神经元，但最新研究表明，员工胶质细胞可能比我们想的更强大。于是，胶质细胞终于得到了重视，人们开始看到它的“野心”。

“乐于助人”的胶质细胞

在近些年的研究中，科学家发现胶质细胞对神经元的保护不仅仅是包裹那么简单。你要栽花，它会给你准备好的土壤。

（“打杂的”胶质细胞，图片来源：JACKIE FERRENTINO）

脑中风和帕金森病患者的神经元功能受到了损伤。人们期望用干细胞移植的方法动员内源性的神经干细胞变为神经元，帮助受损的神经元恢复。但这种治疗的缺陷在于干细胞在体内存活率很低，而且不能够定向分化，随机分化还带来危险。科学家们注意到了胶质细胞。

研究发现，用干预胶质细胞的方法影响干细胞移植地的周围环境，可以维持干细胞的自我增殖能力和促进它的定向分化。在小鼠的模型当中，通过干预胶质细胞，患帕金森病、脑中风的小鼠，神经功能都能很好地恢复。

当然，胶质细胞不止拥有这一项绝招，多项已发表的成果表明，它不仅仅支撑神经元活动，还能传递信息，而且它传递信息到位与不到位也许会影响决策层的判断。

（慢性痛大鼠的胶质细胞被干预后释放乳酸，影响周围神经网络电活动的同步性，从而改善慢性痛大鼠的决策能力，图片来源：先进院）

以往研究表明，疼痛会影响认知功能、决策行为。首先，科学家在大鼠身上建立了一个腹部疼痛模型，再在实验室里建立了风险测试模型。他们训练大鼠触摸不同的按钮做出选择，这种测试又称为”赌博实验”。好比人们投资股票一样，选择A按钮时候，它会获得相对稳定的收益（食物奖励）并同时承受“低风险”（短时间没有食物）；如果选择了B按钮，大鼠将面临高回报（大量食物）并同时需要承受“高风险”（长时间没有食物）。经过一系列繁琐枯燥的训练性工作后，科学家发现，慢性痛大鼠的决策能力很差，干预它的胶质细胞，大鼠对风险预测的能力提高，获得稳定“收益”的概率增加了。

“有脾气”的胶质细胞

从上面的例子来说，胶质细胞扮演着正面的角色，但实际上，它是个双面派。一方面，它兢兢业业保护神经元，但另一方面，一旦干预，过度激活可能使它反过来攻击神经元，让神经元大量死亡。

人们常说有烦心事时睡一觉心情就好多了。瑞士科学家研究发现这和胶质细胞有关系。睡眠过程中，星形胶质细胞会修剪不经常被用到的突触，从而帮助重建大脑神经元的连接；小胶质细胞会吞掉神经系统中新陈代谢的副产物和死去细胞的碎片，让大脑“焕然一新”。

（星形胶质细胞是一位敬业的“修剪工”。图片来源：Immy Smith丨绘）

不过，他还发现，长期缺少睡眠会过度激活大脑里负责清理垃圾的胶质细胞－－小胶质细胞会吃掉脑神经突触前端上存在的蛋白。小胶质细胞的过度激活在很多之前的研究里被认为和阿尔茨海默病以及其他的神经退行性疾病有关。

针对这项发现，先进院脑认知与脑疾病研究所的屠洁研究员解释道：“以前人们认为阿兹海默病是神经系统疾病，但最近有研究表明，是具有免疫功能的小胶质细胞出现了问题。它出现问题以后，会释放很多炎症因子，反过来继续攻击神经元。”

现在有观点认为，正常工作时，小胶质细胞吞噬大脑中产生的废物，但当小胶质细胞吞噬废物的能力降低了，导致废物堆积越来越多的时候，就会影响神经细胞的功能，进而导致阿兹海默病。

对于胶质细胞的种种发现，目前还有很多疑问待解开。屠洁说：“我们现在很关注的问题是，到底是神经元先发生了病变导致神经网络的崩溃，引发一些异常的行为，还是胶质细胞感知到了这些不好的信号传递给了神经元才导致了最后行为输出的异常。这是个先有鸡还是先有蛋的问题。”

屠洁团队近年来一直从事胶质细胞和脑疾病相关研究。目前，团队正以“异常焦虑”入手，试图弄清楚胶质细胞在神经网络中信息传递的角色。初步研究发现，如果把胶质细胞作为调控的靶点，能够更为准确地调整异常焦虑情绪。

屠洁把胶质细胞比喻为“管家”――“它做的事很杂。它提供营养，给你做饭；你睡觉了，它就出来清理垃圾；你生病了，它给你释放一点营养物质。”胶质细胞虽然是一位打杂员工，却操着店长的心啊。