星形胶质细胞：生理和病理

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1、摘要：星形胶质细胞是一种特殊的胶质细胞，其数量超过神经元数量的五倍以上。均散的分布于整个中枢神经系统（CNS），并在健全的CNS中发挥许多重要并且复杂的功能。星形胶质细胞可以通过一个称作反应性星形胶质细胞增生的过程对CNS各种形式的损伤做出反应，这也成为CNS结构性病变的一个病理特征。最近，在确定反应性星形胶质细胞增生的功能和机制方面以及确定星形胶质细胞在CNS疾病和病症中的作用方面取得了较大的进展。反应性星形胶质细胞的分子库已经确定。转基因小鼠模型用来研究体内反应性星形胶质细胞和胶质瘢痕形成的具体方面。星形胶质细胞被确定参与特定临床病例实体。反应性星形胶质细胞增生不是

2、一个简单的全或无现象，而是由特定的信号控制的时情况而定的细微的、逐渐的、连续的变化。这些变化发生在基因表达的可逆性改变和保护细胞和组织结构的细胞肥大，组织结构重排的持久瘢痕形成。越来越多的证据指向反应性星形胶质细胞增生在因为缺失正常的星形胶质细胞功能或者拥有不正常的功能引起的CNS疾病中起着主要或者促进作用。本文概述了（1）在健全CNS中星形胶质细胞的功能。（2）反应性星形胶质细胞和胶质瘢痕形成的机制和功能。（3）反应性星形胶质细胞可能导致或者促进特定CNS疾病和损伤的路径。引言：普遍的观点认为星形胶质细胞在那些临床疾病和CNS结构性病变研究中的生物学和病理学机制（1）

3、在神经组织中，星形胶质细胞支持胶质细胞成分（2）反应性星形胶质细胞是病变组织可信的和敏感的标志。星形胶质细胞或者反应性星形胶质细胞的功能失调可能促成临床信号或者机制的呈现，导致一般考虑不到的CNS组织的病理学变化的发生。然而，这些观点逐渐改变，对星形胶质细胞的生物学和病理学研究的兴趣逐渐增加。在过去的25年里，星形胶质细胞在健全的中枢神经系统中负责各种各样的复杂的和重要的功能，包括通过神经回路在突触传递和信息加工的主要作用。反应性星形胶质细胞增生和胶质瘢痕形成的机制和功能逐渐被阐明。越来越多的实体证据指出缺少正常的星形胶质细胞的功能或者增加不正常的功能，促进了疾病的进程

4、和在许多星形胶质细胞导致的临床和病理学机制中起到主要作用。本文总结了最近的进展（1）正常组织中星形胶质细胞的功能（2）反应性星形胶质细胞的变化、机制、功能和影响（3）反应性星形胶质细胞在各种CNS疾病和病症中的外在和潜在的作用。健全中枢神经系统中的星形胶质细胞生物学基本星形胶质细胞形态19世纪末期以来，星形胶质细胞被分为两种主要的亚型，纤维型和原浆型，这基于它们的细胞形态和解剖位置的不同。这两种主要的分类到今天还在沿用。原浆型分布在整个灰质，第一次被证实是用经典银浸渍法，呈现出几个分支上面又分出很多细小的分支在一个球面上的形态（Fig.1a）。纤维性星形细胞被发现分布在

5、整个白质，呈现出很多长纤维的形态。古典和现代的神经解剖学研究表明，这两个的星形胶质细胞亚型与血管有广泛的接触。(Fig1a.b)20世纪中期的电子显微镜分析显示了原浆型星形胶质细胞突起笼罩突触和纤维型星形胶质细胞突起接触郎飞结，这两种类型的星形胶质细胞在相邻的星形胶质细胞的末端突起形成间隙连接。星形胶质细胞这些形态特征和它们的功能联系总结在（Fif2a）分子标记物和蛋白质特征免疫组化技术可以在单细胞水平检测到特异性分子标记物，是健康和病理组织识别和鉴定细胞的重要工具。胶质纤维酸性蛋白（GFAP）的表达成为免疫组化过程中识别星形胶质细胞的特异性标记物。然而，重要的是发现作

6、为星形胶质细胞的特异性标记物GFAP合适的用途和局限性。GFAP是第一种独立的蛋白质高度集中在多发性硬化症患者的脱髓鞘性斑块，并发现免疫组化与斑块或者其他病理环境下的活动性星形胶质细胞相关。本着这一鉴定模式，GFAP的表达可以作为中枢神经系统损伤所激活的大部分而非全部的星形胶质细胞的灵敏且可靠的标志物。（Fig3）然而，GFAP对于静息状态下的星形胶质细胞来说不是绝对的标记物，一般情况下，在健康的中枢神经系统组织或者原理CNS病变的组织中不能检测到免疫组化标记物。（Fig3a,4a）尽管在健康的CNS中可以通过免疫组化检测到许多星形胶质细胞的GFAP，但是与多个标记物（

7、包括转基因受体蛋白）进行的双重标记中可以清楚的看到健康的CNS组织内许多成熟的星形胶质细胞不表达检测水平的GFAP，GFAP表达的星形胶质细胞呈现出区域性和局部变异，这是通过大量的细胞间和细胞内信号分子动态调节实现的。GFAP已被广泛的研究。GFAP是中间纤维蛋白中的一种，中间纤维蛋白包括波形蛋白、巢蛋白及其他蛋白，在很大程度上具有细胞结构功能。转基因小鼠的研究表明，GFAP的表达在转基因小鼠健康的CNS内大部分星形胶质细胞的正常形态和功能的不是必要的，但是对活动性星形胶质细胞增生和胶质瘢痕的形成过程是必要的。GFAP包括GFAPα，β，