Cell子刊：星形膠質細胞又被發現新功能——掌管生物鐘

自然界所有生物的生命活動都存在節律現象。生物鐘調控著我們的睡眠覺醒、體溫變化、免疫系統……長期以來，提到生物鐘，生物學家們可能首先會聯想到位於下丘腦的視交叉上核（SCN），SCN大約由20,000個神經元組成，它是哺乳動物的大腦中的生物節律起搏器。SCN根據自然界光-暗周期調控生理和活動節律，並能通過激素和神經信號調節外周生物鐘。

不過，3月23日在線發表於Current Biology上的一項研究另闢蹊徑，華盛頓大學的Herzog和他的同事們將焦點放在了和SCN神經元混在一起的6000多個星形膠質細胞上。這項新研究表明，星形膠質細胞能夠幫助設定SCN的節奏從而影響小鼠的日常節律。

星形膠質細胞，是哺乳動物腦內分布最廣泛的一類細胞，也是膠質細胞中體積最大的一種。它們伸展充填在神經細胞的胞體及其突起之間，起支持、引導和分隔神經細胞的作用。近年來，越來越多的研究表明星形膠質細胞在大腦中還有許多更加重要複雜的功能。它們可以分泌一些神經營養因子和細胞因子，成強化突觸，鞏固學習。事實上，科學家已經開始提三方突觸（tripartite synapse）這一概念，強調星形膠質細胞在神經元間交流中的作用。

除了幹細胞這樣的特例，機體中幾乎所有的細胞都存在生物節律，在大腦中分布廣泛的星形膠質細胞也不例外。這種節律周期是由一系列生物鐘基因控制的，其中就包括核心鍾基因Bmal1和Clock。Herzog腦中自然而然地浮現出幾個問題，SCN中的星形膠質細胞有什麼用？它們是否也有時間觀念？如果它們也存在節律，那這些星形細胞的如何與SCN神經元鍾生物鐘相互作用？

Herzog在2005年回答了第一個問題——是的，星形膠質細胞也有日常節律——但是之後研究就陷入了僵局。為了弄清楚星形膠質細胞在細胞和活體動物中的作用，科學家必須能夠獨立於與之交纏的神經元來操縱它們。在當時，能輕易地進行這項工作的工具還沒有。

在這個SCN切片中，紅色熒光代表星形膠質細胞特有的結構蛋白，綠色熒光為鍾基因表達蛋白，圖中可見這兩種蛋白存在共定位。圖片來源：參考文獻

現在，Herzog的研究生Matt Tso，該論文的第一作者，已經解決了這個問題。他設計的工具允許SCN中的星形膠質細胞獨立於神經元進行操作。使用這種方法，研究人員改變星形膠質細胞生物鐘並監測轉輪運動中小鼠的日常節律行為。

研究人員刪除小鼠SCN中星形膠質細胞的核心鍾基因Bmal1，並監測小鼠每天開始轉輪的時間變化。通常情況下，在持續黑暗條件下的小鼠每隔23.7小時將開始一次轉輪，偏差不會超過10分鐘。研究發現，刪除星形膠質細胞的鐘基因可以讓SCN的生物鐘變慢——這些小鼠爬進轉輪的時間比對照組晚了一個小時 「這十分令人意外，我們不知道它們影響力這麼大。」 Tso說。

接下來的實驗結果更令人興奮，研究人員構建了一種突變小鼠，使其生物鐘「更快」，然後再在星形膠質細胞而非神經元中回補這種突變。這意味星形膠質細胞的生物鐘以正常的節律運行，而神經元的生物鐘仍然很快。

研究人員以為，SCN會跟隨神經元生物鐘的步伐。SCN中的神經元比星形膠質細胞多了10倍左右。但事實上，星形膠質細胞生物鐘復原的小鼠比星形膠質細胞和神經元生物鐘都加快的小鼠進入轉輪的時間晚了2個小時。

研究人員目前還不知道為何星形膠質細胞在生物節律中扮演了如此重要的角色，以及它們如何與神經元相互作用。不過，研究人員正在在規劃後續實驗。了解這些生物鐘在大腦和身體中的如何工作，在哪工作至關重要，因為它們的影響十分普遍。Herzog已經在觀察晝夜節律與腦癌，早產，躁狂抑鬱等疾病的關係。