▎藥明康德內容團隊編輯
你可能以前沒留意過星形膠質細胞，但它們在你的身體里可不少。神經科學家估算，大腦中有超過一半的細胞是星形膠質細胞。正常情況下，它們默默為神經元提供重要支持。然而，這些細胞可能會「變壞」。
最近，紐約幹細胞基金會（NYSCF）的一支研究團隊，在神經科學知名學術期刊Neuron上發表了一篇研究論文，首次在人類的星形膠質細胞中證實，疾病情況下，這些友好的神經元支持者會轉變為毒害神經元的殺手。研究人員指出，研究星形膠質細胞如何對神經元產生毒性，可以為治療阿爾茨海默病、帕金森病、多發性硬化等神經退行性疾病開闢一條新的治療途徑。
製造腦中的「星」
星形膠質細胞因為外形像星星而得名。在這項研究的負責人Valentina Fossati博士看來，如果把神經元比作寶寶，星形膠質細胞就像保姆。「星形膠質細胞餵養神經元，清潔神經元，保持神經元健康。」她解釋說。
▲培養出的星形膠質細胞呈現出典型的「星形」（圖片來源：參考資料[2]；Credit：Lilianne Barbar, The NYSCF Research Institute）
「需要一種可靠的方法從幹細胞製造人類星形膠質細胞，這樣我們就可以更好地研究它們可能是怎樣導致神經退行性疾病的，」Fossati博士說。
Fossati博士的研究團隊過去曾將多能幹細胞成功轉化為其他幾種神經膠質細胞，如小膠質細胞（大腦的免疫細胞）和少突膠質細胞（輔助神經元通訊的細胞）。此次，為了轉化產生星形膠質細胞，他們找到了一種在星形膠質細胞中表達的特殊蛋白CD49f。把這種蛋白作為一個「標籤」，研究人員可以在培養出的混合細胞群中找出星形膠質細胞，進行下一步研究。
▲以CD49f為標籤，從多能幹細胞分化出的細胞混合物中分理出星形膠質細胞進一步培養（圖片來源：參考資料[1]）
Fossati博士說：「我們很興奮地看到，用CD49f分離出的幹細胞衍生的星形膠質細胞表現得和典型的星形膠質細胞一樣：攝取谷氨酸鹽，對炎症起反應，進行吞噬，並促進神經元形成成熟的放電模式和連接。」
研究小組還證實，在人類腦組織中發現的星形膠質細胞中存在CD49f。「我們觀察了來自健康供體和AD患者的腦組織樣本，發現這些星形膠質細胞也表達CD49f——表明這種蛋白在健康和疾病狀態下都是星形膠質細胞身份的可靠指標。」
「變壞」的星形膠質細胞
從幹細胞製造出功能性星形膠質細胞後，研究小組將注意力轉向了這些細胞在疾病中如何開始「性情大變」。
紐約大學（NYU）的Shane Liddelow博士是這項研究的合作者。他先前在小鼠中的研究發現，星形膠質細胞會對其支持的神經元產生毒性。「我們在小鼠中觀察到，炎症環境中的星形膠質細胞呈反應性狀態，實際上是攻擊神經元而不是支持神經元。」他說，「但我們不知道在嚙齒類動物中看到的細胞變化，在人類細胞中是否也一樣。」
▲再欣賞一組幹細胞來源的星形膠質細胞（圖片來源：參考資料[2]；Credit：Lilianne Barbar, The NYSCF Research Institute）
於是，Fossati博士的研究小組將健康的幹細胞來源的星形膠質細胞暴露於炎性環境中——基本模擬神經退行性疾病的大腦環境。這種炎性暴露導致星形膠質細胞改變了形狀，失去了「星狀光芒」，變得更收縮。而且，它們支持神經元的工作變糟了。Fossati博士收集了星形膠質細胞的副產品，將這些分泌物暴露給健康的神經元。
「就像在小鼠身上看到的一樣，培養皿里的神經元開始死亡，」Fossati博士說。「在人類疾病模型中觀察到的這種『壞星形膠質細胞』現象，表明在真正患者中也可能發生這種事情。這為干預該過程的新治療藥物打開了大門。」
▲幹細胞分化出的星形膠質細胞在正常培養環境和炎性環境中表現出了不同的行為（圖片來源：參考資料[1]）
「除了分泌一種殺死神經元的毒素，我們還發現，在類似疾病的環境中，幹細胞衍生的星形膠質細胞不能正常工作，這可能導致神經元功能障礙。」Fossati博士解釋，「例如它們不能正確地攝取谷氨酸，過多的谷氨酸很可能留在神經元周圍，或許導致神經元萎縮，這是新療法中的潛在目標。」
總結
研究人員總結說，這些發現開闢了新的研究途徑，並提供了一個探索疾病機制的新系統。「我期待著利用我們的新系統，進一步探索在阿爾茨海默病、多發性硬化、帕金森病和其他疾病中，星形膠質細胞錯綜複雜的功能，」Fossati博士評論道。「我們已經看到了耐人尋味的行為，或許能解釋神經退行性病變是如何發生的。我希望這項工作將為有效的藥物發現打開大門，為患者帶來新的療法。」
[1] Lilianne Barbar et al., (2020) CD49f Is a Novel Marker of Functional and Reactive Human iPSC-Derived Astrocytes. Neuron. DOI: https://doi.org/10.1016/j.neuron.2020.05.014[2] NYSCF Scientists
Create the 『Stars』 of the Brain and Capture Their Rogue Behavior in Disease. Retrieved June 2, 2020, from
https://nyscf.org/resources/nyscf-scientists-create-the-stars-of-the-brain-and-capture-their-rogue-behavior-in-disease/[3] When astrocytes attack: Stem cell model shows possible mechanism behind
neurodegeneration. Retrieved June 2, 2020, from https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-06/nysc-waa052720.php