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电子生活。2018; 7:e32237。
2018年1月30日在线发布。 数字对象标识:10.7554/eLife.32237
预防性维修识别码:项目编号:5790377
PMID:29380725

神经活动决定单个星形胶质细胞释放不同的胶质递质

德怀特·贝尔格莱斯,审阅编辑器
德怀特·贝尔格莱斯,美国约翰·霍普金斯医学院;

关联数据

补充资料

摘要

越来越多的证据表明,星形胶质细胞通过调节突触活动和可塑性积极参与大脑功能。星形胶质细胞释放的不同胶质递质,如谷氨酸、ATP、GABA或D-丝氨酸,已被证明可诱导不同形式的突触调节。然而,单个星形胶质细胞是否会释放不同的神经递质尚不清楚。在这里,我们发现小鼠海马星形胶质细胞被内源性(神经元释放的内源性大麻素或GABA)或外源性(单个星形胶质细胞Ca2+非老化)刺激调节假定的单个CA3-CA1海马突触。星形胶质细胞介导的突触调制是双相的,包括最初的谷氨酸介导的增强,然后是嘌呤能介导的神经递质释放抑制。这种双相突触调节的时间动力学特性取决于刺激星形胶质细胞的神经元活动的激发频率和持续时间。目前的结果表明,单个星形胶质细胞可以解码神经元活动,并相应地释放不同的神经递质,以区别调节假定的单个突触的神经传递。

研究生物:鼠标

介绍

星形胶质细胞在脑内稳态中发挥关键作用,如神经递质摄取、水和离子平衡以及血流控制(Simard和Nedergaard,2004年;Huang等人,2004年). 此外,星形胶质细胞正在成为在突触功能中发挥相关作用的细胞,成为三部分突触的积极参与者(Araque等人,1999年). 它们表达多种功能性受体,可被神经递质激活(Araque等人,2001年;Haydon和Carmignoto,2006年;Perea等人,2009年;Volterra等人,2014年;Araque等人,2014年;纳瓦雷特和阿拉克,2010年;Panatier等人,2011年;Volterra等人,2005年;Di Castro等人,2011年;Perea等人,2016年;Mariotti等人,2018)它们可以释放不同的神经递质,如谷氨酸、GABA、ATP和D-丝氨酸,从而激活神经元受体(Araque等人,2014年;纳瓦雷特和阿拉克,2010年;Panatier等人,2011年;Volterra等人,2005年;Di Castro等人,2011年;Perea等人,2016年;Perea和Araque,2007年;Parri等人,2001年;Bezzi等人,2004年;Martín等人,2015年;Min和Nevian,2012年;Halassa和Haydon,2010年)调节突触传递和可塑性(Panatier等人,2011年;Perea和Araque,2007年;Martín等人,2015年;Min和Nevian,2012年;Halassa和Haydon,2010年;Covelo和Araque,2016年;Henneberger等人,2010年;Min等人,2012年). 许多研究报告了不同类型的短期和长期突触调节现象,这些现象是由星形胶质细胞在几个脑区释放的特定神经递质引起的(Araque等人,2014年). 然而,单个星形胶质细胞是否释放不同的神经递质,或不同的星形胶质细胞亚群是否释放不同神经递质尚不清楚。此外,需要确定调节不同神经递质释放的细胞信号过程,以更好地了解星形细胞激活对网络功能的突触后果。

1型大麻素受体(CB1Rs)激活引起的钙升高(纳瓦雷特和阿拉克,2010年;Gómez-Gonzalo等人,2015年;纳瓦雷特和阿拉克,2008年),I组代谢型谷氨酸受体(mGluRs)(Perea和Araque,2005年;Fellin等人,2004年)毒蕈碱型乙酰胆碱受体(mAChRs)(Navarrete等人,2012年)或GABAB类受体(GABAB类卢比)(Perea等人,2016年;Kang等人,1998年)海马中的星形胶质细胞被证明能刺激谷氨酸的释放(纳瓦雷特和阿拉克,2010年;Perea等人,2016年;Gómez-Gonzalo等人,2015年;纳瓦雷特和阿拉克,2008年;Navarrete等人,2012年;Kang等人,1998年). 研究表明,星形胶质细胞谷氨酸通过激活1型受体(mGluR)暂时提高CA3-CA1突触释放神经递质的可能性1s)(纳瓦雷特和阿拉克,2010年;Perea等人,2016年;Gómez-Gonzalo等人,2015年;Navarrete等人,2012年),并分别通过激活红藻氨酸或II/III组代谢型谷氨酸受体来增强或抑制抑制传递(Kang等人,1998年;Liu等人,2004年a,2004年b).

相反,海马星形胶质细胞也被证明可以释放ATP,ATP在被降解为腺苷后,控制海马的基础突触活动(Panatier等人,2011年)并能抑制神经传递(Pascual等人,2005年). 星形细胞嘌呤能信号也介导异突触性抑郁症(Pascual等人,2005年;Boddum等人,2016年;Serrano等人,2006年;Zhang等人,2003年;Chen等人,2013年)已被提议涉及连续事件,包括激活GABA能中间神经元、释放激活GABA的GABAB类星形胶质细胞中的R和星形胶质细胞Ca2+触发ATP释放的升高,ATP被细胞外外核苷酸酶转化为腺苷后,激活神经元A1抑制突触传递的受体(Boddum等人,2016年;Serrano等人,2006年).

使用海马星形胶质细胞和CA3-CA1突触作为典型的三分突触模型,我们试图确定单个星形胶质细胞是否同时释放谷氨酸和ATP,并确定控制这些神经递质差异释放的神经元刺激条件。我们发现单个星形胶质细胞可能同时释放谷氨酸和ATP,这引发了对单个海马突触释放神经递质概率的双相调节。这种调节的幅度和时间特征取决于刺激星形胶质细胞的神经元活动模式。这些结果表明,星形胶质细胞对神经元活动的时间和频率进行解码,并释放不同的神经递质来调节突触功能。

结果

单个突触可以被不同的神经递质调节

已知星形胶质细胞通过释放谷氨酸或ATP分别诱导CA3-CA1突触的突触增强或异突触抑制(纳瓦雷特和阿拉克,2010年;Perea和Araque,2007年;Pascual等人,2005年;Boddum等人,2016年;Serrano等人,2006年;Zhang等人,2003年;Chen等人,2013年). 为了研究单个突触是否可以由不同的神经递质调节,我们使用了最小刺激方法,该方法被认为可以监测单个或极少数突触(纳瓦雷特和阿拉克,2010年;Perea和Araque,2007年;Isaac等人,1996年;Raastad,1995年;艾伦和史蒂文斯,1994年),并测试它们是否可以同时经历突触调节现象(由星形胶质细胞谷氨酸和ATP/腺苷介导)。我们记录了成对的CA1锥体神经元,并监测了由Schaffer络脉(SC)的最小刺激引起的单一兴奋性突触后电流(EPSC)(图1),并应用了两种已知的刺激范式,这两种刺激范式可引起星形胶质细胞介导的突触增强或异突触抑制(图2A). 首先,我们对一个神经元去极化(从−70到0 mV,5 s)以诱导eCB释放(纳瓦雷特和阿拉克,2010年;纳瓦雷特和阿拉克,2008年;Chevaleyre和Castillo,2004年;Kreitzer和Regehr,2001年;Wilson和Nicoll,2001年;Ohno-Shosaku等人,2002年)并量化其他神经元的突触传递参数,以评估eCB诱导的突触增强(纳瓦雷特和阿拉克,2010年). 然后,我们在一组独立的SC突触中应用高频刺激(HFS;3组100Hz的刺激,持续1s,每30s发送一次),以诱发异突触抑制(Pascual等人,2005年;Serrano等人,2006年) (图2A、B、H). 与以前的报告一致(纳瓦雷特和阿拉克,2010年)神经元去极化(ND)诱导释放概率(n=5个神经元;p=0.018)和突触效能(p=0.029)短暂增加,而突触效能没有显著变化(p=0.187;图2C、D). HFS方案诱导释放概率(p=0.039)和突触效能(p=0.013)持续时间更长的短暂下降,而突触效能没有显著变化(p=0.321;图2C、D). 31.25%(16个神经元中的5个)的推测单突触中观察到ND诱发的突触增强和HFS诱发的抑制(图2F). 正如预期的那样,mGluR的存在阻止了ND激活的突触增强1拮抗剂LY367385(100µM;n=4个神经元;p=0.928;图2E-G)以及星形胶质细胞GFAP-CB1-null小鼠(Han等人,2012年;Martin-Fernandez等人,2017年)(n=10;p=0.8)(图2——补充图1A–D)在GFAP表达的星形胶质细胞中特异性缺乏CB1R(参见。图2-图补充2). 为了证实GFAP-CB1-null小鼠的星形胶质细胞选择性缺乏CB1R,我们测试了从WT和GFAP-CB1-null鼠获得的切片中星形胶质细胞对CB1R激动剂WIN55-212,2和ATP的反应性。虽然GFAP-CB1-null小鼠的星形胶质细胞对WIN55-212,2没有反应(n=91个来自n=10片的星形胶质胶质细胞,p=0.462),但它们对ATP表现出强大的钙反应(p<0.001),表明星形胶质细胞仍然有功能,但选择性地缺乏CB1R介导的反应。此外,通过监测去极化诱导的抑制抑制(DSI)来评估这些小鼠中CB1R介导的神经元反应,该过程已知由CB1受体突触前激活介导(Chevaleyre和Castillo,2004年;Kreitzer和Regehr,2001年;Wilson和Nicoll,2001年;Ohno-Shosaku等人,2002年). 野生型和GFAP-CB1-null小鼠都显示出相似的DSI,表明GFAP-CB1-null小鼠的星形胶质细胞中CB1Rs特异性缺失(图2-图补充2). 与ND诱发的突触增强相反,HFS介导的异突触抑制被A阻断1受体(A1R) 拮抗剂CPT(2µM;n=6个神经元;p=0.253)(图2E-G)但仍存在于GFAP-CB1-null小鼠中(n=5;p=0.004;图2——补充图1E–H). 这些结果表明,推测的单个突触可以分别被星形胶质细胞释放的谷氨酸和ATP/腺苷调节,以响应ND或HFS。

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海马锥体神经元的单一CA3-CA1突触记录。

(A类)荧光图像显示一个表达GFP(绿色)的锥体细胞和一个通过记录吸管装载德州红(红色)的星形胶质细胞。比例尺:20µm。(B类)描述记录的CA1锥体神经元和刺激电极的示意图。(C类)用最小刺激技术获得的代表性EPSC轨迹显示神经递质释放的成功和失败(n=20;上面板),以及从这些轨迹获得的平均轨迹(突触效能;下面板)。比例尺:5 pA,10 ms(D类)代表性突触的EPSC振幅显示神经递质释放的失败(灰色)和成功(黑色)(左侧面板)及其对应的直方图(右侧)。(E类)从代表性记录中获得的突触参数(突触效能、突触潜能和释放概率)(n=40个突触)。

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单个突触可以被不同的神经递质调节。

(A类)描绘CA1锥体神经元和刺激电极(S1和S2)成对记录的示意图。(B类)荧光图像显示两个金字塔细胞,一个装有德克萨斯红(红色),另一个装有Alexa 488(绿色)。比例尺:40µm。(C类)代表性EPSC轨迹(n=20)及其在基础状态、神经元去极化(ND)和HFS后的平均轨迹。比例尺:5 pA,10 ms(D类)控制条件下突触参数与时间的关系。开口箭头和填充箭头分别表示ND和HFS。(E类)在CPT(2µM)或LY367385(100µM。开口箭头和填充箭头分别表示ND和HFS。(F类)经历突触增强、抑制或在不同条件下均无变化的细胞百分比。(G公司)ND和HFS后对照条件下(n=5)和CPT(2µM;n=6)或LY367385(100µM,n=4)下突触参数的相对变化。(H(H))示意性总结描述了导致eCB介导的突触增强或异突触抑制的信号通路。数据表示为平均值±标准误差,*p<0.05,**p<0.01。

图2——图补充1。

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eCB介导谷氨酸诱导的突触增强,但不介导异突触抑制。

(A类)示意图描绘了两个CA1锥体神经元和刺激电极的成对记录。(B类)WT和GFAP-CB1-null小鼠记录的神经元去极化(ND)前后的典型EPSC痕迹。比例尺:5 pA,20 ms(C类)释放概率与时间。零点时间对应ND(箭头)。(D类)WT(n=8)和GFAP-CB1-null(n=10)小鼠ND后突触参数的相对变化。(E类)描绘CA1锥体神经元记录和两个刺激电极的示意图。(F类)从WT和GFAP-CB1-null小鼠记录的神经元高频刺激(HFS)前后的典型EPSC轨迹。比例尺:5 pA,20 ms(G公司)释放概率与时间。零时间对应HFS(箭头)。(H(H))WT(n=9)和GFAP-CB1-null(n=5)小鼠HFS后突触参数的相对变化。数据表示为平均值±标准偏差,*p<0.05,**p<0.01,***p<0.001。

图2——图补充2。

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星形胶质细胞特异性GFAP-CB1-null小鼠对CB1受体激动剂的星形胶质细胞反应性受损,但对神经元CB1受体依赖性去极化诱导的抑制抑制(DSI)无损伤。

(A类)描述通过玻璃移液管局部应用WIN55212-2(500µM)和ATP(2 mM)的方案。(B类)假彩色图像显示了在使用WIN55212-2或ATP之前(基础)和之后,从WT和GFAP-CB1-null小鼠记录的2个星形胶质细胞的Fluo4-AM的荧光强度。比例尺:15µm。(C类)WT(n=90个星形胶质细胞)和GFAP-CB1-null小鼠(n=91个星形细胞)记录的对WIN55212-2和ATP反应的钙事件概率。注意,GFAP-CB1-null小鼠的星形胶质细胞仍然对ATP有反应,但对WIN55212-2没有反应。(D类)描述记录的CA1锥体神经元和SC刺激电极的方案。(E类)WT小鼠(n=5)和GFAP-CB1-null小鼠(n=5)的IPSC振幅随时间的变化(左侧面板)和神经元去极化后的标准化IPSC变化(右侧面板)。零时间对应于神经元去极化(箭头)。

虽然一些研究表明,异突触性抑郁症涉及GABAB类SC HFS激活中间神经元后R介导的星形胶质细胞ATP释放(图2H) (Serrano等人,2006年),其他研究报告了GABAB类R介导的星形胶质细胞通过直接刺激中间神经元释放谷氨酸,导致突触增强(Perea等人,2016年;Kang等人,1998年). 由于这些报告使用了两种不同形式的中间神经元刺激,即直接的中间神经元去极化或突触刺激,我们假设释放的神经递质(谷氨酸)类型的差异ATP/腺苷)取决于中间神经元的放电模式。为了测试中间神经元活动对星形细胞反应和CA3-CA1突触传递的影响,我们记录了成对的中间神经元和CA1锥体神经元。我们监测了Ca2+信号输入辐射层星形胶质细胞和SC在锥体细胞中诱导单一EPSCs,并用一系列短去极化脉冲刺激中间神经元,以触发20 Hz的动作电位(持续90 s),如之前报道的中间神经元(胡等,2014;派克等人,2000年) (图3A、B、G). 中间神经元刺激诱导星形胶质细胞Ca2+高度(n=17片中n=143个星形胶质细胞;p<0.001;图3C-F)被GABA阻止B类R拮抗剂CGP54626(1µM;n=85个星形胶质细胞,n=9片;p=0.795),但GABA没有A类R拮抗剂picrotoxin(n=157星形胶质细胞,n=16片;p<0.001;图3F)表明中间神经元通过GABA刺激星形胶质细胞B类R激活。此外,中间神经元活性诱导突触传递的相对快速的瞬时增强,随后是持续时间更长的突触抑制(n=5个神经元;Pr增强p=0.012;Pr抑制p=0.024;图3H–J). 这两种现象都不受苦毒毒素的影响(n=6个神经元;Pr增强p=0.002;Pr抑制p<0.001),但被CGP54626所消除(n=9个神经元;p增强p=0.25;Pr降低p=0.849;图3J)表明它们是由GABA的激活选择性介导的B类Rs.确认GABAB类Rs参与星形胶质细胞钙2+信号和双相突触调节我们应用了巴氯芬(90 s),一种GABAB类R激动剂,进入辐射层同时监测星形胶质细胞Ca2+锥体神经元的突触电流(图3——图补充1A). 应用巴氯芬诱导钙2+记录的星形胶质细胞增加49±8%(n=11片中n=61个星形胶质细胞;p<0.001;图3——补充图1B)以及双相突触调节(n=6;Pr增强p<0.001;Pr抑制p=0.034;图3——补充图1C),模拟中间神经元去极化的结果。综上所述,这些结果表明星形胶质细胞介导中间神经元诱导的递质释放增强和抑制。为了验证这个想法,我们使用了肌醇-1,4,5-三磷酸(IP)受体2型敲除(IPR2无效)小鼠(Li等人,2005年)其中G蛋白介导的钙2+星形胶质细胞的活动性选择性受损(Di Castro等人,2011年;Martín等人,2015年;Gómez-Gonzalo等人,2015年;Navarrete等人,2012年;Petravicz等人,2008年). 在这些小鼠中,中间神经元去极化不能同时升高星形细胞钙2+(n=74个星形胶质细胞,n=10片;p=0.719;图3E、F)诱导神经递质释放增强或抑制(n=9个神经元;Pr增强p=0.749;Pr抑制p=0.489;图3J).

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星形胶质细胞对神经元活动的反应不同地调节突触传递。

(A类)描述来自CA1锥体神经元和第2条。中间神经元和刺激电极。显示中间神经元去极化序列的代表性痕迹显示为插图。(B类)荧光图像显示一个中间神经元负载德克萨斯红(红色)和星形胶质细胞负载Fluo4-AM(绿色)。比例尺:40µm。(C类)假彩色图像显示了在面板B中标记的3个星形胶质细胞在(基础)和中间神经元刺激期间的Fluo4 AM的荧光强度。比例尺:10µm。(D类)从面板B中标记的3个星形胶质细胞中获得的代表性钙痕迹。粉红色区域代表刺激持续时间(神经元间去极化,90 s内20 Hz)。比例尺:40%,30秒(E类)WT和IP中钙事件概率与时间的关系R2-空白小鼠。粉红色区域与刺激的持续时间相对应。(F类)在对照条件下(n=143个星形胶质细胞),IP在刺激开始(刺激)前15 s(基础)和15 s后钙事件概率的变化R2-null小鼠(n=74个星形胶质细胞),在含有苦毒毒素(PTX,50µM;n=157个星状细胞)或CGP54626(1µM,n=85个星状胶质细胞)和星形胶质细胞GABA的情况下,切片中装载GDPßS(10 mM;n=60个星形细胞)B类-null(n=53个星形胶质细胞)。(G公司)装载Alexa 488(绿色)的CA1锥体细胞和装载Texas Red(红色)的中间神经元的荧光图像。比例尺:50µm。(H(H))代表性EPSC轨迹(n=20)及其在神经元间去极化序列之前(基础)、期间和之后的平均轨迹。比例尺:5 pA,20 ms()控制条件下突触参数与时间的关系。零时间对应于IN去极化序列的开始(箭头)。开圆圈表示在IN去极化序列中测量的突触参数。(J型)在控制条件下(n=5),in去极化序列期间和之后,IP中突触参数的相对变化R2-null小鼠(n=9),切片中装载了GDPßS(n=7),存在Picrotoxin(PTX,50µM;n=6),CGP54626(1µM,n=9B类-空(n=9)。数据表示为平均值±标准偏差,*p<0.05,**p<0.01,***p<0.001。

图3——图补充1。

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巴氯芬应用模拟中间神经元去极化。

(A类)描述记录的CA1锥体神经元、SC刺激电极和巴氯芬(200µM)局部应用的方案。(B类)巴氯芬对钙事件的反应概率(n=46个星形胶质细胞)。零时间和蓝色区域表示使用巴氯芬。(C类)释放概率vs时间(左侧面板)和对巴氯芬反应的相对突触变化(右侧面板)(n=6)。零时间表示使用巴氯芬(箭头)。数据表示为平均值±标准误差,*p<0.05,***p<0.001。

图3——图补充2。

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星形胶质特异性GLAST-GABAB类-null表示星形细胞对GABA的反应性受损B类受体激动剂,但不在神经元反应性中。

(A类)描述通过玻璃移液管局部应用巴氯芬(200µM)和ATP(2 mM)的方案。(B类)显示WT和GABA记录的2个星形胶质细胞Fluo4-AM荧光强度的假彩色图像B类-在施用巴氯芬或ATP之前(基础)和之后的无效小鼠。比例尺:15µm。(C类)WT(n=45个星形胶质细胞)和GABA记录的对巴氯芬和ATP反应的钙事件概率B类-无效小鼠(n=74个星形胶质细胞)。注意来自GABA的星形胶质细胞B类-空白小鼠对ATP仍有反应,但对巴氯芬无反应。(D类)描述记录的CA1锥体神经元和巴氯芬(200µM)局部应用的方案。(E类)GABA的代表性痕迹B类-从WT和GABA获得的介导电流B类-使鼠标无效。比例尺:10 pA,15 s(F类)GABA公司B类-从WT(n=6)和GABA获得的介导电流振幅B类-空白小鼠(n=5)在对照条件下和CGP54626存在下。

图3——补充图3。

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双相突触调节不是细胞类型特异性的。

(A类)描述CA1锥体神经元和PV成对记录的示意图+中间神经元(红色)和刺激电极。(B类)显示PV的荧光图像+CA1区的中间神经元(左面板)和记录的PV的荧光和DIC合并图像+中间神经元(右侧面板)。比例尺:15µm。(C类)释放概率与时间。零时间对应于IN去极化序列的开始(箭头)。开圆圈表示IN去极化序列期间测量的释放概率。(D类)在控制条件下(n=5)和CGP54626存在下(1µM;n=5),in去极化序列期间和之后突触参数的相对变化。数据表示为平均值±标准偏差,*p<0.05,**p<0.01,***p<0.001。

我们进一步测试了星形胶质细胞参与突触双相调节,通过贴片吸管将GDPβS加载到星形胶质细胞网络中,以特异性阻断星形胶质细胞中的G蛋白信号。在GDPβS加载切片中,中间神经元去极化未能诱导星形胶质细胞Ca2+高度(n=60个星形胶质细胞,n=8片;p=0.53;图3F)诱导双相突触调节(n=7个神经元;Pr增强p=0.3;Pr抑制p=0.538;图3J). 此外,我们使用GABAB类-已报告缺乏GABA的空小鼠B类星形胶质细胞特异性受体(Perea等人,2016年). 我们首先证实GABAB类-在这些转基因小鼠中没有介导的星形胶质细胞反应。而GABA的星形胶质细胞B类-空白小鼠对巴氯芬无反应(n=74个来自n=6片的星形胶质细胞,p=0.418),对ATP有反应(p<0.001),表明星形胶质细胞有功能但选择性缺乏GABAB类R介导的反应。此外,来自野生型和GABA的神经元B类-空白小鼠对巴氯芬的反应类似,表明GABAB类GABA中星形胶质细胞中特异性缺失RsB类-无鼠标(图3-图补充2). 在这个转基因系中,中间神经元刺激未能诱导Ca2+星形胶质细胞升高(n=10片中n=53个星形胶质细胞;p=0.23;图3F)以及双相突触调节(n=9个神经元;Pr增强p=0.75;Pr抑制p=0.9;图3J). 综上所述,这些数据表明GABAB类-介导星形胶质细胞钙2+信号传导是诱导中间神经元诱发突触传递的增强和抑制所必需的。

为了在确定的中间神经元中进一步测试这些结果,我们使用PV+在微小蛋白阳性中间神经元中表达荧光蛋白tdTomato的转基因小鼠(图3——补充图3A、B). 与之前的结果一致,已确定PV的刺激+中间神经元以20 Hz的去极化脉冲序列触发动作电位,引发了双相突触调节(n=5个神经元;Pr增强p=0.01;Pr抑制p=0.001;图3——补充图3C、D)在GABA的见证下被废除B类R拮抗剂CGP(n=5个神经元;Pr增强p=0.821;Pr抑制p=0.94;图3-补充图3D). 这些结果表明,神经元间诱发的星形胶质细胞刺激导致突触传递的增强和抑制。

单个星形胶质细胞可同时释放谷氨酸和ATP/腺苷

然后我们研究了哪种类型的神经递质介导由中间神经元去极化引起的突触增强和抑制。mGluR1拮抗剂LY367385(100µM)阻止了初始增强,但不影响延迟抑制(n=4个神经元;Pr增强p=0.976;Pr抑制p<0.001;图4A、B)相反,该法案被A废除1R拮抗剂CPT(2µM;n=7个神经元;Pr增强p<0.001;Pr抑制p=0.131;图4A、B). 这些结果分别与ND和HFS的影响一致(参见图2)表明中间神经元活动诱导的突触增强和抑制是通过mGluR激活介导的1和A1分别为卢比。值得注意的是,中间神经元诱发的星形胶质细胞Ca2+信号不受受体拮抗剂的影响(在LY367385和CPT存在的情况下,n=11切片中n=96个星形胶质细胞p<0.001,n=11切片中n=109个星形胶质细胞p<0.001;图4C、D),表明谷氨酸和ATP/腺苷在GABA的下游释放B类-介导星形胶质细胞钙2+信号。综上所述,这些结果表明中间神经元的活动激活星形胶质细胞gabaB类提高Ca的Rs2+刺激谷氨酸和ATP/腺苷的释放,导致突触传递的双相调制,即最初的谷氨酸诱导的突触增强,然后是嘌呤诱导的突触体抑制。

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星形胶质细胞释放谷氨酸和ATP/腺苷以响应神经元活动。

(A类)CPT(2µM)或LY367385(100µM。零时间对应于IN去极化序列的开始(箭头)。开放的圆圈显示了在IN去极化序列中测量的突触参数。(B类)在存在CPT(2µM;n=7)或LY367385(100µM,n=4)的情况下,in去极化序列期间和之后突触参数的相对变化。(C类)在CPT(2µM)或LY367385(100µM。粉红色区域与刺激的持续时间相对应。(D类)在CPT(2µM;n=109个星形胶质细胞)或LY367385(100µM,n=96个星形细胞)存在的情况下,刺激开始前15 s(基础)和15 s后钙事件概率的变化。数据表示为平均值±标准偏差,*p<0.05,**p<0.01,***p<0.001。

图4——图补充1。

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星形胶质细胞共同释放谷氨酸和ATP。

(A类)经历突触增强、抑制或IN去极化后两者均无变化的细胞数量。(B类)对照条件下(n=5)和CPT(2µM;n=7)或LY367385(100µM,n=4)下突触参数与时间的关系。零时间对应于IN去极化序列的开始。开放的圆圈显示了在IN去极化序列中测量的突触参数。(C类)在控制条件下和CPT(2µM)存在下,电势持续时间和达到最大电势的时间。(D类)在控制条件下和LY367385(100µM)存在下,抑制持续时间和达到最大抑制的时间。数据表示为平均值±标准误差,*p<0.05,**p<0.01。

目前的结果表明,推测的单个突触可以由星形细胞谷氨酸和ATP/腺苷调节。啮齿动物海马星形胶质细胞占据独立的解剖结构域,星形胶质细胞突起之间重叠最小(Bushong等人,2002年;Halassa等人,2007年;Wilhelmsson等人,2006年)因此,单个突触可能只与单个星形胶质细胞在空间上相互作用(参见图1A)这表明单个星形胶质细胞释放不同的神经递质。然而,最近的证据表明星形胶质细胞是具有不同功能特性的异质细胞群(Khakh和Sofroniew,2015年;Chai等人,2017年)这表明不同的星形胶质细胞可以释放不同的神经递质。为了验证这些假设,我们刺激了一个星形胶质细胞并监测了一个假定的单突触(图5A),使用星形胶质细胞介导的海马突触调节作为功能测定,以测试单个星形胶质细胞是否能同时释放谷氨酸和ATP/腺苷。

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单个星形胶质细胞调节GABA能活性下游的单个突触。

(A类)示意图描绘了一个锥体神经元和一个充满NP-EGTA、填充星形细胞网络的GDPβS和刺激电极的星形细胞的成对记录。(B类)星形胶质细胞网络的荧光图像,通过修补的星形胶质细胞加载生物细胞素。比例尺:50µm。(C类)伪彩色图像表示UV光诱导钙去盖前后Fluo4负载星形胶质细胞的荧光强度。比例尺:10µm。(D类)NP-EGTA负载星形胶质细胞(斑片;紫色痕迹)和其他负载GDPßS的视野中星形胶质细胞的代表性钙痕迹(非斑片;黑色痕迹)。粉红色区域表示紫外线刺激。比例尺:50%,30秒(E类)在非损伤星形胶质细胞中观察到的钙事件概率与时间(左侧面板)和每分钟钙振荡次数(右侧面板)的关系。(F类)释放概率与时间。零时间对应于钙开盖的开始(箭头)。开口圆圈表示在紫外线照射期间测量的释放概率。(G公司)填充NP-EGTA(5 mM)和GDPßS(10 mM)的星形胶质细胞在紫外光刺激期间和之后突触参数的相对变化,记录为WT(n=9)和IPR2-null小鼠(n=6),在没有NP-EGTA的情况下(n=7)。数据表示为平均值±标准偏差,*p<0.05,**p<0.01,***p<0.001。

为了刺激单个星形胶质细胞,我们在一个星形胶质细胞中加入钙2+笼NP-EGTA(5 mM)和Fluo4(监测星形胶质细胞Ca2+)通过记录移液管和紫外光光模拟提升钙2+在记录的星形胶质细胞中,绕过GABAB类R诱导钙2+发出信号。为了确保只刺激充满NP-EGTA的星形细胞,记录吸管中还含有GDPßS(10 mM),以填充缝隙连接的星形细胞合胞体(图5B)阻止G蛋白介导的细胞间星形细胞信号(Navarrete等人,2012年). 紫外线刺激星形胶质细胞Ca升高2+NP-EGTA负载星形胶质细胞中的水平(图5C、D)但视野中周围的星形胶质细胞中没有(图5D、E); 可能是由于NP-EGTA在邻近星形胶质细胞中的缝隙连接扩散不足。发光钙2+单个星形胶质细胞的升高引起了突触传递的初始增强,随后是持续时间较长的抑制(n=9个神经元;Pr增强p<0.001;Pr抑制p<0.000;图5F、G)类似于突触激活的星形胶质细胞所观察到的情况(参见。图3I). 在没有NP-EGTA的情况下,紫外线刺激不会影响突触参数(n=7个神经元;Pr增强p=0.894;Pr抑制p=0.551;图5G; 参见[Perea和Araque,2007年]). 此外,光诱发Ca2+未结扎挽救了IP中的双相突触调节R2-null小鼠(n=6个神经元;Pr增强p<0.003;Pr抑制p=0.002;图5G),表明星形胶质细胞谷氨酸和ATP/腺苷在星形胶质细胞Ca的下游释放2+发出信号。因此,单个星形胶质细胞的激活足以诱导谷氨酸和嘌呤介导的突触调制,这表明一个星形胶质细胞可以释放至少两种不同的神经递质。

神经递质释放的时间和频率依赖性

目前的结果表明,与ATP/腺苷效应相比,星形胶质细胞释放的谷氨酸对突触传递有相对快速和短暂的影响,ATP/腺苷效应以延迟和较慢的时间过程发生。然后我们研究了谷氨酸和ATP/腺苷介导的星形细胞突触调节是否依赖于神经元活动的时间和频率。我们用不同持续时间(100ms、1s、30s、60s和90s)的20Hz去极化脉冲序列刺激中间神经元,并分析记录的锥体神经元的突触参数(图6A). 相对较短的刺激序列(100 ms)不足以影响神经递质释放的概率(n=6个神经元;Pr增强p=0.945;Pr抑制p=0.87;图6B)然而,神经元间去极化1s可诱导短暂的突触增强,但不能诱导突触抑制(n=6个神经元;Pr增强p<0.001;Pr抑制p=0.852;图6B). 值得注意的是,这种突触增强的持续时间长于双相现象期间观察到的增强(1秒和90秒刺激分别为3.5±0.56分钟和0.93±0.2分钟;图6C)表明ATP/腺苷效应抑制了星形胶质细胞的谷氨酸效应。这一观点得到了以下事实的进一步支持:药物隔离后的增强持续时间比延迟抑郁发生时的双相调节期间更长(图4补充图1B–D).

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神经递质释放的频率和刺激持续时间依赖性。

(A类)星形胶质细胞诱导的突触调制和测量参数的示意图。(B类)当中间神经元在不同时间窗口(左侧面板)以20 Hz的频率去极化时,以及当中间神经元以不同频率在90 s内去极化时(右侧面板),效应百分比(增强或抑制)。(C类)达到最大效果的时间和不同刺激持续时间的效果持续时间。(D类)不同刺激频率下达到最大效果的时间和效果持续时间。数据表示为平均值±标准偏差,*p<0.05,**p<0.01,***p<0.001。

此外,嘌呤诱导的神经递质释放抑制需要相对较长的去极化序列(30、60和90秒;图6B、C). 这些结果表明,相对较短的刺激足以诱导星形胶质细胞的谷氨酸-而非ATP/腺苷介导的突触调节,而持续的神经元活动则需要诱导星形细胞的ATP/腺苷介导突触抑制。

我们最后研究了双相突触调节对中间神经元放电频率的依赖性。我们将中间神经元去极化,以不同频率(1、10、20、30或50Hz,90s)激发动作电位。在相对较低的放电频率(1 Hz)下,既没有观察到突触传递的增强也没有观察到抑制(n=8个神经元;Pr增强p=0.722;Pr抑制p=0.937;图6B)这表明,相对较低的中间神经元活性不足以通过神经递质激活神经元受体。在10Hz放电频率下,只有突触增强,而没有突触抑制(n=7个神经元;Pr增强p=0.002;Pr抑制p=0.407;图6B)表明谷氨酸介导的突触调节阈值低于ATP/腺苷介导的联会抑制阈值。在20 Hz时,突触增强在0.79±0.15 min达到最大值,持续0.93±0.2 min,突触抑制开始。突触抑制持续时间为6.36±1.47 min,最大值为1.86±0.65 min。在30和50 Hz时,突触增强和突触抑制均持续时间较长(突触增强持续时间分别为1.38±0.28 min和4.2±1.26 min;突触抑制时间分别为11±1.6 min和20.1±0.9 min;图6B、D)表明更强的神经元活动导致更长的神经传递效应。总之,对于中间神经元活动的持续时间和放电率,突触增强和抑制的幅度在阈值以上相对恒定,无论是中间神经元活动持续时间还是放电率,增强的幅度都低于抑制的幅度(图6B). 关于中间神经元活动依赖的持续时间,一旦突触抑制出现,其达到最大值的时间和持续时间相对恒定。相反,在相对较低的刺激持续时间下,突触增强达到最大值的时间和持续时间较高,这表明突触抑制抑制了突触增强(图6C). 关于对中间神经元放电频率的依赖性,在不同频率下突触增强达到最大的时间相对相似,但其持续时间随着放电频率的增加而增加。相反,突触抑制达到最大值的时间和持续时间随着放电速率的增加而增加(图6D).

综上所述,这些结果表明,神经递质对突触传递的影响依赖于神经元放电的时间和活动,表明星形胶质细胞解码神经元活动的时间和频率特征,这导致不同的胶质递质对突触传递的差异调节。

讨论

目前的结果表明,单个星形胶质细胞可以释放谷氨酸和ATP/腺苷,分别增强和抑制神经递质的释放。我们发现星形胶质细胞可以解码神经元活动,并根据神经元活动释放谷氨酸和ATP/腺苷。也就是说,相对较短或低频的刺激模式诱导星形胶质细胞释放谷氨酸,从而增强神经递质释放的概率;而长时间或相对高频率的刺激也会诱导星形胶质细胞释放ATP/腺苷,导致突触传递抑制(图7). 这些结果表明,星形胶质细胞解码神经元活动并调节其反应,以区别调节突触传递。

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神经递质释放所涉及的信号通路示意图。

(A类)低频或短暂的中间神经元刺激可诱导星形胶质细胞释放谷氨酸,从而增强神经递质的释放。(B类)高频或长时间的中间神经元刺激可诱导星形胶质细胞释放谷氨酸和ATP/腺苷,导致突触增强,随后出现突触抑制。

在过去二十年中,大量数据被报道表明星形胶质细胞通过涉及不同神经递质的不同机制参与突触调制(纳瓦雷特和阿拉克,2010年;Perea等人,2016年;Perea和Araque,2007年;Min和Nevian,2012年;Henneberger等人,2010年;Gómez-Gonzalo等人,2015年;Navarrete等人,2012年;Pascual等人,2005年;Serrano等人,2006年;Takata等人,2011年). 众所周知,海马体中的星形胶质细胞会释放谷氨酸、ATP、GABA和D-丝氨酸(Panatier等人,2011年;Perea等人,2016年;Henneberger等人,2010年;纳瓦雷特和阿拉克,2008年;Pascual等人,2005年;Serrano等人,2006年;Le Meur等人,2012年); 然而,目前尚不清楚单个星形胶质细胞是否能够释放所有的胶质递质,或者相反,是否有专门的星形胶质细胞亚型能够释放每一种胶质递质。目前的结果表明星形胶质细胞Ca2+内源性刺激诱导的升高(中间神经元活动期间释放的GABA)导致谷氨酸和ATP/腺苷介导的神经递质释放的双相调节,这种效应是通过用钙人工但直接和选择性地激活单个星形胶质细胞来模拟的2+uncaging,表明两种神经递质都可以从单个星形胶质细胞中释放出来。这些结果表明,释放不同胶质递质的能力在不同的星形胶质细胞亚群中并不存在差异,但单个海马星形胶质细胞具有释放两种胶质递质能力。

目前的结果是使用最小刺激方法获得的,该方法被认为可以基于相对较低的突触反应振幅和稳定性来监测单个或极少数突触的活动(纳瓦雷特和阿拉克,2010年;Mariotti等人,2018年;Chen等人,2013;Isaac等人,1996年;Raastad,1995年). 然而,该方法的固有局限性仍然不确定是单个突触还是少数突触被激活。然而,事实上,在整个实验过程中,突触的效力保持不变,这表明对同一个或多个突触进行了监测。

我们的结果表明,星形胶质细胞谷氨酸和ATP/腺苷的突触效应具有不同的动力学,导致双相调节。这种时间差异是由于胶质递质释放的时间特性不同还是上游或下游信号机制不同,尚需进一步研究。例如,负责谷氨酸释放的细胞机制可能比ATP/腺苷释放的更快。或者,如果两种神经递质同时释放,则神经递质的细胞外浓度增加,神经递质到达适当受体的扩散特性,神经元受体相对于神经递质来源的位置,或神经元受体亲和力,是可能导致不同时间效应的重要因素。然而,不管实际的细胞机制如何,目前的结果表明,单个星形胶质细胞可以释放不同的神经递质,但对突触活动具有不同的时间效应,并且受向星形胶质细胞发出信号的神经元活动的控制。

图6显示星形胶质细胞解码调节神经递质释放的中间神经元活动。事实上,不同时间或频率的中间神经元活动导致不同的星形胶质细胞介导的突触调制。虽然相对较短的刺激只会诱导谷氨酸介导的增强,但持续的神经元活动会诱导由最初的谷氨酸介介导成分介导的双相突触调制,随后出现ATP/腺苷现象,这表明可能存在两个时间阈值,一个用于谷氨酸,另一个用于ATP/腺苷效应。同样,虽然相对较低的放电频率诱导谷氨酸介导的神经传递增强,但相对较高的放电频率则诱导谷氨酸和ATP/腺苷介导的双相调节现象。这些结果显示了刺激频率和神经传递之间的关系,其中谷氨酸效应发生在低频和高频刺激,而ATP/腺苷效应只发生在高频刺激。此外,在较高的放电频率下,双相突触调制的时间进程较慢,这表明当神经元活性较高时,神经递质的作用持续时间更长。因此,谷氨酸和ATP/腺苷效应也存在两个不同的强度阈值。如上所述,这些时间阈值和强度阈值是由于不同的神经递质释放机制还是下游信号机制需要进一步研究。

有趣的是,GABAB类通过中间神经元去极化或直接应用巴氯芬获得的R-介导的双相突触调节现象显示,其时间进程比从神经元离子型受体获得的反应慢。考虑到这种双相调节现象需要星形细胞GABA,这并不奇怪B类R活化,星形胶质细胞Ca2+星形胶质细胞和星形胶质细胞谷氨酸和ATP/腺苷释放的信号传导。事实上,已知星形胶质细胞Ca2+信号以缓慢而持久的方式出现(Volterra等人,2014年;Araque等人,2014年;鲁萨科夫,2015)可能是由于GABA的不同表达B类不同星形胶质细胞的Rs;事实上,星形胶质细胞的反应需要从突触末端释放的细胞外GABA的积累,而这些GABA可能无法到达所有被监测的星形胶质细胞;或G蛋白介导的信号通路和细胞内钙激活所涉及的步骤数2+动员。

目前的结果表明,突触抑制由腺苷A的激活介导1受体。而腺苷可以通过钙释放2+-独立机制(Martín等人,2007年;Dale等人,2000年),ATP以Ca形式释放2+-依赖方式(Panatier等人,2011年;Serrano等人,2006年). 腺苷是由星形胶质细胞直接释放还是由ATP衍生,尚需进一步研究,超出目前的工作范围。然而,突触效应对星形胶质细胞Ca的依赖性2+表明释放的神经递质是ATP。事实上,IP中没有突触抑制R2-null小鼠,其中G蛋白介导Ca2+星形胶质细胞信号受损(图3J)和星形胶质细胞Ca2+无鞘化足以诱发突触抑制(图5).

除谷氨酸和ATP/腺苷外,其他神经递质,如D-丝氨酸,已被证明由海马星形胶质细胞释放(Henneberger等人,2010年;Shigetomi等人,2013年). 虽然我们的研究重点是谷氨酸和ATP/腺苷信号,但还需要进一步研究来确定同一星形胶质细胞是否也能释放D-丝氨酸,这似乎是因为目前的结果表明,单个星形胶质细胞能够释放不同的神经递质。

总之,目前的研究结果表明,单个星形胶质细胞通过解码神经元活动并调整其对不同生理刺激的反应来差异调节突触传递,从而根据神经元活动释放不同的神经递质。因此,星形胶质细胞破译并整合突触信息,通过释放不同的神经递质来区别调节突触活动,这取决于刺激性神经元的活动。

材料和方法

道德声明

所有处理和牺牲动物的程序均由明尼苏达大学动物护理和使用委员会(IACUC)批准,符合美国国立卫生研究院实验室动物护理与使用指南(#1701A34507)。

鼠标线

老鼠被关在12/12小时的光/暗循环下,每个笼子最多五只动物。海马切片取自雄性和雌性C57BL/6J(12-21天龄),IPR2-完全(12-21天龄)(Li等人,2005年;Zimmer等人,1999年),Pvalb-Cre/Ai9-rcl-td番茄(光伏+12-21日龄;JAX#008069/#007909),GFAP-CB1-null(12-20周龄)(Han等人,2012年;Martin-Fernandez等人,2017年)和GLAST-GABAB类-null(12-20周龄)(Perea等人,2016年). IP(IP)R2-null小鼠由J.Chen博士慷慨捐赠。生成星形胶质细胞序号1-/-(GFAP-CB1-null)携带“融合”的小鼠序号1基因(Cn1f/f(立方英尺/立方英尺))与…交叉Gfap-CreERT2型小鼠,使用我们获得的三步回交程序Cnr1f/f;Gfap-CreERT2型(GFAP-CB1-null小鼠)。星形胶质细胞GABAB类-null是通过杂交产生的加布勒1fl/fl(MGI:3512742)携带“floxed”加布1基因(Haller等人,2004年)与玻璃CreERT2敲除小鼠(MGI:3830051)(Mori等人,2006年).R26-lsl-GCaMP3鼠标(JAX#014538)(Paukert等人,2014年)与星形胶质细胞杂交加布1-/-小鼠表达基因编码的钙2+星形胶质细胞中的特异性指示剂GCaMP3。由于CreERT2蛋白在没有三苯氧胺治疗的情况下不活动序号1石笼1通过每天八次注射三苯氧胺(1mg,i.p.),将其溶解在90%葵花籽油、10%乙醇中,最终浓度为10mg/ml,在成年小鼠(8周)中获得基因。在三苯氧芬治疗至少4周后使用动物。序号1f/f加布勒1fl/fl注射三苯氧胺的小鼠作为GFAP-CB1-null和GABA的WT对照B类-分别设置为null鼠标。

海马切片制备

将动物麻醉并斩首。大脑被迅速取出并放入冰镇人工脑脊液(ACSF)中。制作350μm厚的切片,并在室温下在含有(mM):NaCl 124、KCl 5、NaH的ACSF中培养(>30 min)2人事军官41.25,硫酸镁42、氯化钠26,氯化钙22和葡萄糖10,并用95%O气体2/5%一氧化碳2(pH值=7.3–7.4)。将切片转移到浸入式记录室,以2 ml/min的速度与充气ACSF混合,并在奥林巴斯BX50WI显微镜下观察(日本奥林巴斯光学公司)。

电生理学

CA1锥体神经元和辐射层(第2条。)中间神经元采用patch-clamp技术的全细胞结构。当填充含有(mM):KMeSO的内部溶液时,贴片电极的电阻为3–10 MΩ4135、KCl 10、HEPES 10、NaCl 5、ATP Mg+22.5和GTP-Na+0.3(pH=7.3)。在一些实验中,用4–9 MΩ电极修补星形胶质细胞,电极内充满含有(mM):KMeSO的细胞内溶液4100、KCl 50、HEPES-K 10和ATP-Na+24(pH=7.3)。记录是用PC-ONE放大器(美国明尼苏达州达根仪器公司)获得的。神经元的膜电位保持在-70 mV,星形胶质细胞的膜电位维持在-80 mV。在整个实验过程中,使用−5 mV脉冲监测串联电阻和输入电阻。当串联电阻和输入电阻变化>20%时,电池被丢弃。信号通过DigiData 1440A接口板馈送至基于奔腾的PC。信号以1 KHz的频率过滤,并以10 KHz的采样率采集。pCLAMP 10.4(Axon仪器)软件用于刺激产生、数据显示、采集和存储。在CNQX(20μM)和AP5(50μM)存在下分离出抑制性突触后电位(IPSC),以分别阻断AMPA和NMDA受体。

突触刺激

填充ACSF的Theta毛细血管用于双极刺激,并放置在S.R.公司。刺激Schaffer侧支循环(SC)。使用刺激器S-910通过隔离装置以0.33 Hz的频率连续发送成对脉冲(持续2 ms,间隔50 ms)。从锥体神经元记录到假定的兴奋性突触后电流(EPSCs)。调节刺激强度(0.1–10 mA),以满足假定刺激单个或极少数突触前纤维的条件(参见[纳瓦雷特和阿拉克,2010年;Perea和Araque,2007年;Isaac等人,1996年;Raastad,1995年;艾伦和史蒂文斯,1994年]). 分析的突触参数为:释放概率(成功次数与刺激总数之比);突触效能(包括成功和失败在内的所有反应的平均峰值振幅)和突触效力(成功的平均峰值幅度,不包括失败)(纳瓦雷特和阿拉克,2010年;Perea和Araque,2007年;Gómez-Gonzalo等人,2015年;Navarrete等人,2012年). 如果电流振幅小于基线电流标准偏差(0.7–2.3 pA)的3倍,并且通过目视检查验证,则认为响应失败。

高频刺激(HFS)模式包括在独立SC通路上进行的Tetanic刺激(每30秒进行3次100Hz的1秒训练)。通过以50 ms的时间间隔刺激这两条通路,并观察到EPSCs没有交叉促进作用,证实了SC通路的独立性。

神经元刺激和数据分析

在神经元去极化(ND)方案中,一个锥体神经元去极化至0 mV持续5 s,以刺激内源性大麻素的释放(纳瓦雷特和阿拉克,2010年;纳瓦雷特和阿拉克,2008年;Chevaleyre和Castillo,2004年;Kreitzer和Regehr,2001年;Wilson和Nicoll,2001年;Ohno-Shosaku等人,2002年). 在中间神经元去极化序列范式中,中间神经元以电流灯模式记录并去极化,从而在1、10、20、30或50 Hz下激发动作电位90 s。中间神经元也在20 Hz下去极化100 ms、1、30和60 s。为了确定中间神经元的激发频率,中间神经元去极化13ms并复极,因此在每次去极化时都会激发一个动作电位(图3A). 在中间神经元去极化过程中,以0.33 Hz的频率连续监测锥体神经元的突触活动。

为了说明刺激效应的时间进程,将突触参数分组为30或60秒箱。为了确定突触变化,将刺激前3分钟记录的平均EPSCs(n=60 EPSCs)(基础)与刺激后(用于增强)或初始短暂突触增强减弱后(用于抑制)的平均EPSC(n=20 EPSC)进行比较。当刺激改变基线两个以上标准偏差后确定释放概率时,确定突触增强或抑制发生在单个突触中。图2F图4——图补充1A显示了突触发生增强、抑制或无变化的百分比。在控制条件下没有显示突触调节的突触没有被进一步考虑。这种选择标准是必要的,因为将调节或非调节突触的结果汇集在一起会导致隐藏效应(Lines等人,2017年). 考虑到对单个或少数突触的调节进行了分析,在一些实验中,刺激对某些突触的调控无效,这并不意外,可能仅仅是因为受刺激的星形胶质细胞和记录的突触之间缺乏功能性连接。因此,对于药理学实验和使用转基因小鼠的实验,使用了相对较大的样本量,因此可以假设从未在记录的人群中观察到这种现象。

2+成像

2+位于S.R.公司。海马CA1区的Ca通过荧光显微镜监测2+指示剂fluo-4-AM。在室温下,通过将切片与fluo-4AM(2μM和0.01%的pluronic)孵育45–60分钟,使星形胶质细胞装载fluo-4-AM(Parri等人,2001年;Perea和Araque,2005年;Kang等人,1998年;Araque等人,2002年;Nett等人,2002年). 使用CCD摄像机对星形胶质细胞进行成像(日本哈马马祖)。用490 nm的LED(美国马萨诸塞州先科)照射细胞100 ms,每2 s采集一次图像。LED和CCD相机由MetaMorph软件(分子器件)控制和同步。ImageJ软件(NIH)用于定量外荧光测量。2+细胞体记录的变化被估计为荧光信号在基线(ΔF/F)上的变化0),并且细胞被认为显示Ca2+ΔF/F时的事件0增加了基线标准偏差的两倍。

星形胶质细胞Ca2+从星形胶质细胞Ca定量信号2+事件概率,即Ca发生的概率2+高程,根据Ca的数量计算2+高程。Ca发生的时间2+事件是在Ca开始时确定的2+事件。星形胶质细胞钙2+在记录期间,从视野中的5至25个星形胶质细胞获得的事件被分为5个s区。对于分析的每个星形胶质细胞,为显示无反应或Ca的bins指定值0和12+事件。测试对钙的影响2+不同条件下的事件概率,基础(刺激前15秒)和最大Ca2+平均事件概率(刺激后15s)并进行比较。

2+UV-flash光解开盖

用填充有5 mM NP-EGTA、160µM fluo-4-AM的内溶液的贴片吸管记录单个星形胶质细胞,以监测Ca2+水平和GDP S(10 mM)。2+通过使用430–480 nm LED用紫外光照射切片90 s来实现开盖(Prior Scientifics,MA,US)。

生物素标记

用贴片吸管记录单个星形胶质细胞,并用含有0.5%生物细胞素的内溶液填充。将切片固定在4°C的0.1 PBS(pH 7.4)中的4%PFA中。切片在1xPBS中清洗三次(每次10分钟)。为了可视化生物细胞切片,用Alexa488-Streptavidin(RRID:AB_2315383号; 1:500)在4°C下持续48小时。切片最后用1xPBS清洗3次(每次10分钟),并用Vectashield安装介质安装(Vector实验室)。

统计

数据表示为平均值±平均值标准误差(SEM)。使用双尾配对Student’st吨-试验(α=0.05)。统计差异为p<0.05(*)、p<0.01(**)和p<0.001(***)。本研究未进行盲实验,但所有实验组均采用相同的标准。未采用随机分组。样本大小基于之前在实验室进行的研究中发现的足以检测海马突触参数显著变化的值。

药物和化学品

(S) -(+)-α-氨基-4-羧基-2-甲基苯乙酸(LY367385),(2S公司)−3-[(1S公司)−1-(3,4-二氯苯基)乙基]氨基-2-羟丙基](苯甲基)膦酸盐酸盐(CGP 55845)购自Tocris Cookson(英国布里斯托尔);分子探针(尤金,俄勒冈州)的Fluo-4-AM、Fluo-4细胞无氧和邻硝基苯基EGTA、四钾盐(NP-EGTA);Indofine Chemical Company(新泽西州希尔斯堡)的Picrotoxin。所有其他药物均购自西格玛公司。

致谢

我们感谢R Quintana和S Jamison的技术帮助;陈博士(美国加州大学可持续发展学院)提供知识产权R2-空白小鼠;G Marsicano博士提供GFAP-CB1-null;F Kirchhoff博士、D E Bergles博士和A Agarwal博士提供了星形胶质细胞GABAB类-null和GCaMP3鼠标;以及R Gomez博士、A Diez博士、M Martin-Fernandez、C Durkee、J Lines、M Corkrum和A Ferro,以获取有用的建议。这项工作得到了NIH-NINDS(R01NS097312-01)和AA人类前沿科学计划(研究拨款RGP0036/2014)的支持。作者声明没有财务竞争利益。

资金筹措表

资助者不参与研究设计、数据收集和解释,也不参与将研究成果提交出版的决定。

资金筹措信息

这篇论文得到了以下资助:

  • 人类前沿科学计划RGP0036/2014年阿方索·阿拉克。
  • 国家神经疾病和中风研究所R01NS097312-01型阿方索·阿拉克。

其他信息

竞争性利益

没有宣布竞争利益。

作者贡献

设计研究,进行实验,分析数据,撰写论文,构思和设计,数据采集,数据分析和解释,起草或修改文章。

设计研究,撰写论文,构思和设计,分析和解释数据,起草或修改文章。

伦理学

动物实验:处理和牺牲动物的所有程序均由明尼苏达大学动物护理与使用委员会(IACUC)批准,符合美国国立卫生研究院实验室动物护理和使用指南(#1701A34507)。

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2018;7:e32237。
2018年1月30日在线发布。数字对象标识:10.7554/eLife.32237.017

决定书

德怀特·贝尔格莱斯,审阅编辑器
德怀特·贝尔格莱斯,美国约翰·霍普金斯医学院;

为了透明起见,eLife包括编辑决定书和附带的作者回复。同行评审后发给作者的信的一个略加编辑的版本显示了最实质性的担忧;通常不包括次要评论。

[编者按:本研究的前一版本在同行评审后被拒绝,但作者提交了重新审议。同行评审后的第一封决定书如下所示。]

感谢您提交题为“神经活动决定单个星形胶质细胞释放不同的神经递质”的工作,供电子生活你的文章已经由一位高级编辑和三位评论员进行了评估,其中一位是我们的评审编辑委员会成员。评论员选择匿名。我们的决定是在审稿人之间协商后作出的。根据这些讨论和下面的个人评论,我们很遗憾地通知您,您的作品将不再考虑在电子生活.

总结:

评论家们一致认为,确定使星形胶质细胞影响突触传递和可塑性的机制至关重要,而你用来探索单个星形胶质细胞的调节输出的策略也很优雅。ATP和谷氨酸的释放是由不同刺激物诱导的这一想法也被视为一项重要发现。然而,人们一致认为,该系统的复杂性给基于药理操作的研究带来了挑战,并且评论员认为,有必要从星形胶质细胞中删除靶向基因,以提供对该模型的最终测试。此外,有人对数据分析的方式、对失败的依赖,而不是对突触前和突触后的记录进行配对,以及在一些实验中使用非生理刺激提出了担忧。评审人员认为,这些问题降低了研究的整体影响。

1号审核人:

Covelo和Araque的这份报告描述了一组具有技术挑战性的海马脑片实验,以探索星形胶质细胞钙信号在CA1区兴奋性Schaffer侧连合突触调节中的作用。胶质递质的释放和星形胶质细胞在突触调制中的作用在该领域内仍有激烈的争论,积累了支持和反对这一假设的大量证据。开发一个能够充分控制和操纵关键参与者的最小系统将有助于推动这一领域的发展。本报告中的研究依靠“最小刺激”来分离少量突触,与大规模细胞外刺激相比,对这一现象提供了更严格的评估。利用成对记录、星形胶质细胞中的钙成像和钙非激活以及PV中间神经元的操作,作者推导出一个复杂的模型来描述单个星形胶质细胞如何根据刺激的持续时间和幅度释放谷氨酸或ATP,以响应中间神经元释放GABA。值得注意的是,这项研究将受益于概述所涉及的主要途径的总结图;有时,我发现很难遵循所做的操作和假设。与任何复杂系统一样,有许多可能的途径可以对观察到的效果负责,特别是因为事件的时间进程很慢——刺激持续时间,星形胶质细胞中的钙升高和增强&药物作用的靶向受体由多种细胞类型表达。如果不能更好地控制特定细胞上的受体,就可能有其他解释。因此,有几个问题需要解决,以确保作者对这些优雅操作的解释是正确的。

1) 这项研究基于作者先前的工作,表明锥体神经元去极化引起大麻素释放,从而诱导突触增强。我不清楚星形胶质细胞是作用部位还是中间神经元。显然,后者已被证明是海马体这一区域的靶点,因为这是DSI首次被证明的地方。大麻素受体参与此处所述现象的一些证据将有助于确定初始条件。为了应对神经元CB1受体可能引起的并发症,作者应该考虑分析星形胶质细胞特异性CB1受体敲除小鼠。如果中心假设是正确的,这应该消除SC EPSC的增强和抑制。

2) 这些研究依靠最小的刺激来分离一个或几个突触。该地区以前曾使用过这种方法。虽然没有配对记录那么强大,但海马系统不适合这种方法,因为很难在切片中找到成对的突触耦合CA3-CA1神经元。因此,有许多需要注意的最小刺激,因为可以肯定的是,许多轴突受到了刺激(尽管其中一个或几个可能与记录的细胞相连)。为了进行故障分析并确定释放概率(在整个研究的大部分量化中使用),必须能够从故障中分辨成功。在该地区,这样做非常具有挑战性,因为EPSC振幅可能非常小(mEPSC振幅图没有显示出与噪声和事件的明显分离),这给此类分析带来了挑战。图1D成功与失败之间的巨大分离令人担忧,因为这种程度的分离对于这些突触来说并不典型。最小事件的尖锐边界表明,任何低于5pA的事件都被切断了,从而形成了一种人工分隔,增强了区分成功与失败的能力。这个问题应该得到解决。

3) 我对几个实验中的数据表示方式感到困惑。作者报告称,31%的“单突触”显示出调制。p值代表所有实验还是仅代表那些显示调制的实验?除非有明确的机械论据支持这种异质性,否则应避免选择这种数据。来自星形胶质细胞的钙信号也有类似的问题。在这里,定义“钙事件概率”指标的含义很重要。是什么导致了反应性的变化(某些细胞的反应)和钙增加的变化?如果急性应用巴氯芬,是否会引起类似反应(星形胶质细胞中的钙增加和Pr的双相变化)?星形胶质细胞反应延迟的原因是什么?也就是说,如果这是GABA后IP3的简单动员B类受体激活,为什么发病如此多变?

4) 一项表明星形胶质细胞参与的关键实验涉及IP中突触增强和抑制的分析R2 ko小鼠。作者应该进行一项对照实验,以表明IP中星形胶质细胞中的钙非激活R2ko小鼠导致Pr的双相变化。

5) 因为GABAB类受体由多种细胞类型表达,作者应考虑在星形胶质细胞特异性条件敲除小鼠中进行这些实验。这些实验将为拟议的神经调节模型提供更有力的支持。

2号审核人:

对星形胶质细胞调节正在进行的突触传递的能力的研究主要集中在星形胶质细胞释放单个神经递质和一种调节,如突触前释放概率的增强或抑制。本文探讨了一个星形胶质细胞是否可以通过释放不同的递质,在同一突触上诱导突触前释放的增强和抑制。研究表明,星形胶质细胞对突触的影响具有时间和神经元活动依赖性。星形胶质细胞首先通过谷氨酸作用于mGluRs来增强突触前释放。延迟后,突触前释放通过作用于A1受体的腺苷而受到抑制。神经元激活的持续时间和强度调节星形胶质细胞/突触反应,低强度激活只会导致突触增强,而高强度刺激则会导致两者。

表明一个星形胶质细胞可以对同一突触产生两种影响是有趣的,但很难以目前的方式解释结果的生理意义。将描述主要神经元、中间神经元和星形胶质细胞之间拟议电路连接的模型图结合起来,将有助于解释,并解决以下有关所使用的神经元刺激参数是否与神经元的内源性放电特性相关的问题。这些问题不需要新的实验来解决。

图3中间神经元的激活引起兴奋性突触的增强(通过星形细胞)。这种情况已知/预计会发生吗?

用于中间神经元激活的刺激是否在海马体正常记录的范围内(20赫兹90秒)?

有证据表明星形胶质细胞经历了长时间的体钙升高(秒)吗?总的来说,对突触的影响似乎是在一个缓慢的时间尺度上(分钟)。

星形胶质细胞钙反应的大小与突触的结果是否相关,即只是增强,还是增强后伴有抑郁?图3星形胶质细胞钙在中间神经元刺激开始时增加,但在25秒后下降到基线,即使神经元刺激持续90秒&这是一种饱和效应吗?

3号审核人:

作者(以及星形胶质细胞领域的其他人)在过去几年里发展了一个一致的故事,描述了星形胶质细胞钙信号与神经元突触反应改变之间的联系。根据药物阻滞剂,这种情况是CB1受体刺激星形胶质细胞触发钙信号,进而触发星形胶质细胞释放谷氨酸,从而增强突触传递。这种兴奋性反应是短暂的,由mGluR1受体介导。第二条途径建议归因于GABAB类-星形胶质细胞中介导的钙瞬变(由中间神经元释放GABA激活)导致星形胶质细胞释放ATP,随后由于ATP降解形成腺苷而抑制神经元活动。在本实验室和其他实验室出版物中报道的这些先前研究的背景下,作者设计了实验来确定一个星形胶质细胞是否可以具有类似的兴奋和抑制作用。他们提供了证据支持他们的结论,即在一个确定的星形胶质细胞中的钙信号可以导致两种类型的突触修饰。然而,作者没有数据表明,在这种情况下,星形胶质细胞释放ATP。他们的数据表明,存在腺苷介导的突触反应抑制,ATP释放的作用可以从其他研究中推断出来。

作者使用一些参数描述了结果,如效力、释放概率和突触效能。这些被定义为“释放的概率(成功次数与刺激总数的比率);突触效能(所有反应的平均峰值振幅)和突触潜能(成功的平均峰值幅度)”。根据中提供的数据图1C使用这种实验范式,似乎对突触释放的影响是改变诱发epscs的失败率。作者将效价大概描述为排除失败的诱发epscs的振幅。数据呈现的这一部分令人困惑,应在图图例以及材料和方法中的简要描述中予以澄清。例如在图2C实际的诱发反应显示在顶部记录道中,平均反应显示在下部记录道中。这些平均值还必须包括失败以及诱发的突触电流。例如,ND中的响应似乎有几个振幅较小的响应,HFS期间的响应似乎与基本响应相同。由于该机制的含义,这可能很重要。作者得出结论,突触处递质的释放受到抑制。然而,其影响可能是抑制动作电位的传播或棘波无法侵入突触前末端,而不是抑制突触释放机制。

“这些结果表明,神经元间诱发的对星形胶质细胞的刺激导致突触传递的增强和抑制。”这一结论取决于IPR2受体只存在于星形胶质细胞中,这一假设应该明确说明。IP当然是真的R2对与Gq偶联GPCR相关的钙信号很重要。这里引用的参考文献都涉及IP中星形胶质细胞钙信号的损失R2敲除小鼠。然而,有可能存在IP某些神经元或特定神经元隔室中的R2受体。结论是这完全是由于星形胶质细胞需要星形胶质细胞选择性敲除IPR2和我不知道这个证据(尽管我可能错了)。作者还应该注意到一些研究表明,钙信号仍然存在于IP中星形胶质细胞的精细过程中R2级-/-转基因小鼠。

作者提供了有趣的证据,证明中间神经元的动作电位放电模式将导致突触增强或突触抑制。这是一个了不起的发现,作者令人信服地表明,他们使用了一种非常令人印象深刻的策略,即从大脑切片中识别的细胞进行配对记录。中的初始比较图2神经元去极化(CB1介导的增强)与高频刺激(GABAG介导)的对比似乎令人费解。作者可以更清楚地描述这些初始实验的基本原理,然后描述中间神经元特异性反应的进展。特别是为什么在图2D,与中的增强功能相比图3I?

[编者注:以下是作者提交进一步审议后的决定书。]

感谢您再次提交题为“神经活动决定单个星形胶质细胞释放不同的胶质递质”的研究,以供在电子生活加里·韦斯特布鲁克(高级编辑)和三位评论员(其中一位是评审编辑委员会成员)对你的修订文章进行了好评。手稿已经改进,但仍有一些问题需要解决,然后我们才能决定是否接受,如下所述:

1号审核人:

作者进行了许多额外的实验来解决提出的问题,并澄清了一些令人困惑的问题。因此,手稿得到了很大的改进。然而,我还有几点补充意见。

1) 分析释放概率、效力等变化的条形图显示了操作后初始时间内出现的影响。请指出诱导刺激后测试刺激的频率(我可能错过了,但在材料和方法中找不到)。考虑到需要重复刺激来评估这些参数,重要的是要指出用于计算这些平均值的响应数量。

2) 纳入CB1R和GABABR的星形胶质细胞特异性缺失实验是对该研究的一个极好的补充。然而,作者需要通过直接评估CB1激动剂和GABA/巴氯芬对星形胶质细胞钙变化的影响,提供证据证明这种基因操作是有效的,类似于图3-图补充1需要注意的是,这两种操作(使用GFAP-CreER)都可能导致放射状胶质细胞CB1受体的缺失,从而最终导致齿状颗粒神经元,对三突触海马回路的影响未知。

3) 无论是数据还是论证,我都不相信所记录的反应只代表单个突触。虽然作者正确地指出,以前曾使用过这种方法,但这种方法固有的不确定性仍然很大。将反应描述为单个突触应正式保留给配对记录,在配对记录中可以直接建立功能连接的数量(通常通过事后免疫标记)。例如,中显示的代表性示例数据图1D强调了定义什么是单一突触反应的困难,因为反应幅度明显持续变化,成功与失败之间没有明确的区分(通过着色)。围绕单突触的说法应该软化,以考虑到这种不确定性。

4) 我仍然担心在手稿中使用数据选择。不应仅仅因为单元格没有按预期响应而排除数据。排除标准应该明确定义,例如,如果作者在实验结束时用选择性激动剂挑战细胞,以证明星形胶质细胞的受体表达不同。关于变异的来源,请说明有多少比例的星形胶质细胞在应用巴氯芬后表现出Ca增加。

2号审核人:

作者以令人满意的方式解决了我在第一轮审查中提出的问题。其他审查员提出了更多实质性关切。特别是,点评人1提出了CA3-CA1通路中最小刺激的能力,即每次监测同一突触的能力,这对于解释数据尤其重要,即同一星形胶质细胞的不同神经递质既增强又抑制一个突触。此外,使用三苯氧胺诱导的不同受体的星形胶质细胞特异性KO系的新实验在本文中似乎没有任何验证(提供了一些参考文献,但其中一个来自不同的实验室,另一个在年轻动物中使用重组),因此这是需要补充的,或应在材料和方法中提供模型验证的更详细解释。

3号审核人:

作者提供了更多的数据来处理我和其他评论员的问题,给我留下了深刻的印象。对几个问题的进一步澄清,例如对测量的突触参数的描述和示意性总结,都大有帮助。纳入使用星形胶质细胞CB1R的数据-/-小鼠,星形胶质细胞GABAB类R(右)-/-小鼠,IPR2级-/-小鼠是非常有力和令人信服的证据,为他们的身体增加了证据,表明星形胶质细胞调节突触活动的复杂性。此外,阻止星形胶质细胞G蛋白信号传导的新实验(通过向星形胶质细胞注射GDPbetaS),阻止星形细胞钙升高和双相突触调节,是一个聪明的补充。新的基因敲除实验和星形胶质细胞信号的选择性抑制提供了令人信服的数据,并回答了第一次综述中提出的问题。

2018;7:e32237。
2018年1月30日在线发布。数字对象标识:10.7554/eLife.32237.018

作者回复

[编者按:作者对第一轮同行评审的回应如下。]

1号审核人:

Covelo和Araque的这份报告描述了一组具有技术挑战性的海马脑片实验,以探索星形胶质细胞钙信号在CA1区兴奋性Schaffer侧连合突触调节中的作用。胶质递质的释放和星形胶质细胞在突触调制中的作用在该领域内仍有激烈的争论,积累了支持和反对这一假设的大量证据。开发一个能够充分控制和操纵关键参与者的最小系统将有助于推动这一领域的发展。本报告中的研究依靠“最小刺激”来分离少量突触,对这一现象进行了比大规模细胞外刺激更严格的评估。利用成对记录、星形胶质细胞中的钙成像和钙非激活以及PV中间神经元的操作,作者推导出一个复杂的模型来描述单个星形胶质细胞如何根据刺激的持续时间和幅度释放谷氨酸或ATP,以响应中间神经元释放GABA。值得注意的是,这项研究将受益于概述所涉及的主要途径的总结图;有时,我发现很难遵循所做的操作和假设。与任何复杂系统一样,有许多可能的途径可以对观察到的效果负责,特别是因为事件的时间进程很慢——刺激持续时间,星形胶质细胞中的钙升高和增强&药物作用的靶向受体由多种细胞类型表达。如果不能更好地控制特定细胞上的受体,就可能有其他解释。因此,有几个问题需要解决,以确保作者对这些优雅操作的解释是正确的。

我们感谢审稿人提出的积极意见和建议,这些意见和建议有助于加强该论文。正如所建议的那样,概述所涉及的主要途径的概要图已包含在新的图2H和新的图7.

1) 这项研究基于作者先前的工作,表明锥体神经元去极化引起大麻素释放,从而诱导突触增强。从所进行的实验中,我不清楚星形胶质细胞是活动场所还是中间神经元。显然,后者已被证明是海马体这一区域的靶点,因为这是DSI首次被证明的地方。大麻素受体参与本文所述现象的一些证据将有助于确定初始条件。为了对抗神经元CB1受体可能带来的并发症,作者应该考虑分析星形胶质细胞特异性CB1受体敲除小鼠。如果中心假设是正确的,这应该会消除SC EPSC的增强和抑制。

我们感谢评审员富有洞察力的评论。为了进一步阐明内源性大麻素(eCB)的细胞靶点,我们利用星形胶质细胞CB1R进行了新的实验-/-星形胶质细胞中特异性缺乏CB1Rs的小鼠。在这些小鼠中,神经元去极化(ND)释放的eCB未能诱导突触变化(新发现图2——补充图1A-D)证实了eCB介导的突触增强需要激活星形胶质细胞中的CB1R的假设图2H). 此外,在这些小鼠中,高频刺激(HFS)诱导了类似于野生型小鼠的突触抑制(新图2——补充图1E-H),证实CB1R不参与GABA介导的异突触抑制(参见新的图2H). 我们现在报告这些发现:“在mGluR存在的情况下,ND激活的突触增强被阻止1拮抗剂LY367385(100µM;n=4个神经元;p=0.928)(图2E-G)在星形胶质细胞CB1中-/-小鼠(n=10;p=0.8;图2——补充图1A-D)而HFS介导的异突触抑制被A阻断1受体(A1R) 拮抗剂CPT(2µM;n=6个神经元;p=0.362)(图2E-G)但仍存在于星形胶质细胞CB1中-/-小鼠(n=10;p=0.8;图2——补充图1E-H). 这些结果表明,单个突触可以分别被星形胶质细胞释放的谷氨酸和ATP/腺苷调节,以响应ND或HFS。”

此外,我们还利用星形胶质细胞GABA进行了额外的实验,以测试星形胶质细胞是中间神经元的活动场所B类R(右)-/-缺乏GABA的小鼠B类Rs在星形胶质细胞中特异性表达。在这些小鼠中,中间神经元刺激未能诱导星形胶质细胞Ca两者的变化2+水平和突触传递,支持中间神经元释放的GABA激活星形细胞GABA的原始假设B类Rs导致突触传递的双相调节。这些新结果已包含在图3F、G在正文中:“此外,在缺乏GABA的转基因小鼠中进行的实验B类星形胶质细胞特异性受体(GABAB-/-)(Perea等人,2016)也未能诱导Ca2+星形胶质细胞升高(n=10片中n=53个星形胶质细胞;p=0.23;图3F)以及双相突触调节(n=9个神经元;Pr增强p=0.75;Pr抑制p=0.66;图3J). 综上所述,这些数据表明GABAB介导的星形胶质细胞Ca2+信号传导对于诱导中间神经元诱发的突触传递增强和抑制是必要的。”

2) 这些研究依靠最小的刺激来分离一个或几个突触。该地区以前曾使用过这种方法。尽管没有配对记录那么强大,但海马系统不适合这种方法,因为很难在切片中找到成对的突触偶联的CA3-CA1神经元。因此,有许多需要注意的最小刺激,因为可以肯定的是,许多轴突受到了刺激(尽管其中一个或几个可能与记录的细胞相连)。为了进行故障分析并确定释放概率(在整个研究的大部分量化中使用),必须能够从故障中分辨成功。在该地区,这样做非常具有挑战性,因为EPSC振幅可能非常小(mEPSC振幅图没有显示出与噪声和事件的明显分离),这给此类分析带来了挑战。图1D成功与失败之间的巨大分离令人担忧,因为这种程度的分离对于这些突触来说并不典型。最小事件的尖锐边界表明,任何低于5pA的事件都被切断了,从而形成了一种人工分隔,增强了区分成功与失败的能力。这个问题应该得到解决。

我们同意评审员的观点,即配对录音在实验上是不可行的。我们也同意最低限度的刺激是需要的。然而,许多实验室(例如,Isaac等人,1996年;Rastaad,1995年;Allen和Stevens,1994年),包括我们的实验室(Perea和Araque,2007年;Navarrete和Araq,2010年;Gomez-Gonzalo等人,Cer-cortex,2015年),都已成功地将该技术用于研究单突触活动。为了清楚起见,在原稿中,失败被赋值为零。为了解决评审者的担忧,我们现在已经包括了失败的实际值以及失败和成功的直方图图1D这表明,在绝大多数情况下,失败和成功都可以秘密地辨别出来(参见Navarrete和Araque,2010)。此外,材料和方法一节也阐明了所进行的分析:“如果电流振幅小于基线电流标准偏差(0.7–2.3 pA)的3倍,并且通过目视检查验证,则认为响应失败。”

3) 我对几个实验中的数据表示方式感到困惑。作者报告称,31%的“单突触”显示出调制。p值代表所有实验还是仅代表那些显示调制的实验?除非有明确的机械论据支持这种异质性,否则应避免选择这种数据。来自星形胶质细胞的钙信号也有类似的问题。在这里,定义“钙事件概率”指标的含义很重要。是什么导致了反应性的变化(某些细胞的反应)和钙增加的变化?如果急性应用巴氯芬,是否会引起类似反应(星形胶质细胞中的钙增加和Pr的双相变化)?星形胶质细胞反应延迟的原因是什么?也就是说,如果这是GABA后IP3的简单动员B类受体激活,为什么发病如此多变?

我们对上一版本中由于缺乏明确性而造成的混乱深表歉意。比较刺激前后的值,评估每个单独突触的突触变化。由于并非所有记录的单个突触都会受到受刺激星形胶质细胞的突触调节(参见Pere和Araque,2007;Navarrete和Arake,2010),我们认为数据选择是必要的;否则,当将受调控和不受调控的突触汇集在一起时,这种现象就会被掩盖。因此,P值对应于显示调节的突触。我们在“材料和方法”一节中澄清了这个问题:“当刺激改变基线2个以上标准偏差后确定的释放概率时,确定突触增强或抑制发生在单个突触中。”

我们也很抱歉没有对钙事件概率进行更多描述,因为我们认为参考我们以前的出版物中提供的定义就足够了(例如,Navarrete and Araque,2010;Gomez-Gonzalo et al.,Cer-cortex 2015)。我们现在在材料和方法部分提供了更详细的描述:“星形胶质细胞Ca2+来自星形胶质细胞Ca的信号被量化2+事件概率,即Ca发生的概率2+高程,由Ca的数量计算得出2+海拔高度。[…]测试对钙的影响2+不同条件下的事件概率,基础(刺激前15秒)和最大Ca2+对事件概率(刺激后15s)进行平均并进行比较。”

星形胶质细胞反应性变异的来源是一个非常有趣的问题。为了澄清这个问题,我们进行了评论员建议的实验,我们将巴氯芬(90 s)应用于放射层以靶向GABAB类星形胶质细胞中的R,我们观察到与中间神经元去极化类似的结果。这些数据可以在新的图3-图补充1文本中:“确认GABAB类Rs参与星形胶质细胞钙2+信号和双相突触调节我们应用了巴氯芬(90 s),一种GABAB类R激动剂进入放射层,同时监测星形胶质细胞钙2+和锥体神经元的突触电流(图3——图补充1A). 应用巴氯芬诱导钙2+星形胶质细胞增加(n=4片中25个星形胶质细胞;p=0.02;图3-图补充1B)以及双相突触调节(n=6;Pr增强p<0.001;Pr抑制p=0.015;图3——补充图1C),模拟中间神经元去极化的结果。”

此外,在讨论部分添加了以下段落:“有趣的是,GABAB类通过中间神经元去极化或直接应用巴氯芬获得的介导的双相突触调节现象显示,其时间进程比从神经元离子性受体获得的反应慢。[…]事实上,已知星形胶质细胞Ca2+信号以缓慢和长时间的方式出现(Volterra、Liaudet和Savtchouk,2014;Araque等人,2014;Rusakov,2015),可能是由于GABA的不同表达B类不同星形胶质细胞的Rs;事实上,星形胶质细胞的反应需要从突触末端释放的细胞外GABA的积累,而这些GABA可能无法到达所有被监测的星形胶质细胞;或G蛋白介导的信号通路激活和细胞内钙动员所涉及的步骤数”。

4) 一项表明星形胶质细胞参与的关键实验涉及IP中突触增强和抑制的分析R2 ko小鼠。作者应该进行一项对照实验,以表明IP中星形胶质细胞中的钙非激活R2ko小鼠导致Pr的双相变化。

我们感谢审稿人的有益建议。我们已经完成了建议的实验,我们发现在IP中突触增强和抑制都可以被挽救R2级-/-Ca小鼠2+无盖。我们已将数据包括在图5G在文中:“此外,光诱发Ca2+未结扎挽救了IP中的双相突触调节R2级-/-小鼠(n=6个神经元;Pr增强p<0.003;Pr抑制p<0.012;图5G),表明星形胶质细胞谷氨酸和ATP/腺苷的释放是星形胶质细胞Ca的下游2+信号。”

5) 因为GABAB类受体由多种细胞类型表达,作者应该考虑在星形胶质细胞特异性条件敲除小鼠中进行这些实验。这样的实验将为所提出的神经调节模型提供更有力的支持。

我们感谢评论员的宝贵意见。如前所述,我们对星形胶质细胞GABA进行了实验B类R(右)-/-缺乏GABA的老鼠B类Rs在星形胶质细胞中特异性表达。在这些小鼠中,我们没有观察到星形胶质细胞Ca的变化2+中间神经元刺激期间或之后的水平或突触传递。这些新数据支持我们的假设,即中间神经元释放的GABA激活星形细胞GABAB类Rs导致突触传递的双相调节。这些数据已包含在图3F、G在正文中:“此外,在缺乏GABA的转基因小鼠中进行的实验B类星形胶质细胞特异性受体(GABAB-/-)(Perea等人,2016)也未能诱导Ca2+星形胶质细胞升高(n=10片中n=53个星形胶质细胞;p=0.23;图3F)以及双相突触调节(n=9个神经元;Pr增强p=0.75;Pr抑制p=0.66;图3J). 综上所述,这些数据表明GABAB介导的星形胶质细胞Ca2+信号是诱导神经元间诱发的突触传递增强和抑制所必需的。”

2号审核人:

[……]显示一个星形胶质细胞可以对同一突触产生两种作用是有趣的,但很难用目前的方式解释结果的生理意义。将描述主要神经元、中间神经元和星形胶质细胞之间拟议电路连接的模型图结合起来,将有助于解释,并解决以下有关所使用的神经元刺激参数是否与神经元的内源性放电特性相关的问题。这些问题不需要新的实验来解决。

我们感谢审稿人的积极评论和有益建议。

如前所述,概述所涉及的主要途径的汇总图已包含在图2H图7.

图3中间神经元的激活导致兴奋性突触的增强(通过星形胶质细胞)。这是已知的/预期的吗?

中间神经元介导的神经递质释放增强并不意外。众所周知,星形胶质细胞通过激活GABA对GABA作出反应B类Rs(Kang等人,1998年;Serrano等人,2006年;Mariotti等人,Glia 2016年)也已知可诱导星形胶质细胞释放谷氨酸(Kang等,1998年);Perea等人。,电子生活2016). 我们最近描述了GABA诱导的突触增强的潜在信号机制及其功能后果(Perea等人,2016)。这已经包括在正文中:“其他研究报告了GABAB类通过直接刺激中间神经元释放R介导的星形细胞谷氨酸,导致突触增强(Perea等人,2015;Kang等人,1998)”

用于中间神经元激活的刺激是否在海马体正常记录的范围内(20Hz,90秒)?

这是一个很好的问题。事实上,体内电生理记录表明,海马中间神经元可以以不同的频率激发动作电位,从θ活动期间的20 Hz到尖锐波动期间的>100 Hz不等(见Pike等人,2000和Hu,Gan和Jonas,2014)。正文中包括以下内容:“我们监测了Ca2+信号输入辐射层星形胶质细胞和SC在锥体细胞中诱导单一的EPSC,并用一系列短的去极化脉冲刺激中间神经元,以触发20赫兹(90秒)的动作电位,正如先前对中间神经元的报道(Hu,Gan和Jonas,2014;Pike等人,2000)(图3A、B、G)”. 我们最初使用这种刺激范式(20赫兹,90秒)来清楚地揭示这些效应,但使用不同频率和刺激持续时间来测试神经递质释放对这些参数的依赖性,进一步表征了这些现象(图6).

有证据表明星形胶质细胞经历了长时间的体钙升高(秒)吗?总的来说,对突触的影响似乎是在一个缓慢的时间尺度上(分钟)。

事实上,星形胶质细胞中的体细胞钙信号显示出相对较慢的时间尺度(例如,参见讨论此问题的评论,Araque et al.,2014,Volterra,Liaudet and Savtchouk,2014,Rusakov,2015),这表明星形胶质细胞的操作时间尺度比神经元慢。文中对此进行了讨论:“有趣的是,GABAB类通过中间神经元去极化或直接应用巴氯芬获得的R-介导的双相突触调节现象显示,其时间进程比从神经元离子型受体获得的反应慢。[…]事实上,已知星形胶质细胞Ca2+信号以缓慢和长时间的方式出现(Volterra、Liaudet和Savtchouk,2014;Araque等人,2014;Rusakov,2015),可能是由于GABA的不同表达B类不同星形胶质细胞的Rs;事实上,星形胶质细胞的反应需要从突触末端释放的细胞外GABA的积累,而这些GABA可能无法到达所有被监测的星形胶质细胞;或G蛋白介导的信号通路激活和细胞内钙动员所涉及的步骤数。”

星形胶质细胞钙反应的大小与突触的结果是否相关,即只是增强,还是增强后伴有抑郁?图3星形胶质细胞钙在中间神经元刺激开始时增加,但在25秒后下降到基线,即使神经元刺激持续90秒&这是一种饱和效应吗?

这是一个很好的问题,但与钙有关的固有实验局限性2+指标阻止了明确的答案。钙的振幅2+信号取决于细胞内钙的浓度2+和荧光染料。由于后者无法在脑切片中准确估计,因此记录的信号提供了对钙的定性估计2+单元格内的更改。因此,我们使用钙事件概率作为指示星形胶质细胞活性的参数,但我们没有建立Pr和定性钙变化之间的相关性2+因为它们可能会产生误导。

3号审核人:

作者(以及星形胶质细胞领域的其他人)在过去几年里发展了一个一致的故事,描述了星形胶质细胞钙信号与神经元突触反应改变之间的联系。根据药物阻滞剂,这种情况是CB1受体刺激星形胶质细胞触发钙信号,进而触发星形胶质细胞释放谷氨酸,从而增强突触传递。这种兴奋性反应是短暂的,由mGluR1受体介导。第二种途径被认为是由于GABAB介导的星形胶质细胞中的钙瞬变(由中间神经元释放GABA激活)导致星形胶质细胞释放ATP,随后由于ATP降解形成腺苷而抑制神经元活动。在本实验室和其他实验室出版物中报道的这些先前研究的背景下,作者设计了实验来确定一个星形胶质细胞是否可以具有类似的兴奋和抑制作用。他们提供了证据支持他们的结论,即在一个确定的星形胶质细胞中的钙信号可以导致两种类型的突触修饰。然而,作者没有数据表明,在这种情况下,星形胶质细胞释放ATP。他们的数据表明,存在腺苷介导的突触反应抑制,ATP释放的作用可以从其他研究中推断出来。

我们感谢评审员的积极意见和有用建议,这些意见和建议有助于加强我们的结论。

我们同意评论者的观点,即ATP释放是通过其代谢产物腺苷的突触效应间接评估的。星形胶质细胞已被证明能够分别以钙非依赖性和钙依赖性的方式释放腺苷和ATP。因此,释放的胶质递质很可能是ATP,因为它在IP中不存在突触抑制R2级-/-在小鼠中,星形胶质细胞中G蛋白介导的钙信号受损,而星形胶质细胞钙不加钙足以诱导突触抑制。尽管如此,我们在整个文本中都提到了ATP/腺苷,因为目前的研究重点是突触传递调节。我们在讨论中澄清了这个问题:“目前的结果表明,突触抑制是由腺苷A的激活介导的1受体。[……]的确,IP中没有突触抑制R2级-/-小鼠,其中G蛋白介导钙2+星形胶质细胞信号受损(图3J)和星形胶质细胞Ca2+无鞘化足以诱发突触抑制(图5).”.

作者使用一些参数描述了结果,如效力、释放概率和突触效能。这些被定义为“释放的概率(成功次数与刺激总数的比率);突触效能(所有反应的平均峰值振幅)和突触潜能(成功的平均峰值幅度)”。根据中提供的数据图1C使用这种实验范式,似乎对突触释放的影响是改变诱发epscs的失败率。作者将效价大概描述为排除失败的诱发epscs的振幅。数据呈现的这一部分令人困惑,应在图图例以及材料和方法中的简要描述中予以澄清。例如在图2C实际的诱发反应显示在顶部记录道中,平均反应显示在下部记录道中。这些平均值还必须包括失败以及诱发的突触电流。例如,ND中的响应似乎有几个振幅较小的响应,HFS期间的响应似乎与基本响应相同。由于该机制的含义,这可能很重要。

我们对造成的混乱深表歉意。事实上,突触效能与成功反应的EPSC振幅相对应。对突触参数的更详细描述包括:“分析的突触参数为:释放概率(成功次数与刺激总数的比率);突触效能(包括成功和失败在内的所有反应的平均峰值振幅)和突触潜能(成功的平均峰值振幅,不包括失败)(Navarrete和Araque,2010;Perea和Araq,2007;Gomez-Gonzalo等人,2014;Navarreto等人,2012)。如果电流振幅小于基线电流标准偏差(0.7–2.3 pA)的3倍,并且通过目视检查验证,则认为响应失败。”

对突触传递变化的统计分析表明,这些变化是由于神经递质释放概率的变化,而没有突触潜能的变化(图2G,、3J、,3J型,,4B级4B类和5G)。5克). 因此,在图2C简单反映EPSC振幅的内在可变性(参见图1D).

中较低轨迹中显示的平均响应图1C,,2摄氏度2摄氏度和3H3小时与突触功效相对应,因此,它们是包括失败和成功在内的上部轨迹的平均值。这将在图1C:“用最小刺激技术获得的代表性EPSC轨迹显示神经递质释放的成功和失败(n=20;上图)和从这些轨迹获得的平均轨迹(突触功效;下图)。”

作者得出结论,突触处递质的释放受到抑制。然而,其影响可能是抑制动作电位的传播或棘波无法侵入突触前末端,而不是抑制突触释放机制。

我们同意审查者的观点,即突触抑制可能是由于动作潜在入侵或释放机制的失败。无论潜在的突触前机制(这不在本研究的范围内)如何,突触的最终结果是抑制递质释放。因此,我们没有提出任何机制,只是描述了突触前递质释放的抑制。

“这些结果表明,神经元间诱发的对星形胶质细胞的刺激导致突触传递的增强和抑制。”这一结论取决于IPR2受体只存在于星形胶质细胞中,这一假设应该明确说明。IP当然是真的R2对与Gq偶联GPCR相关的钙信号很重要。这里引用的参考文献都涉及IP中星形胶质细胞钙信号的丢失R2敲除小鼠。然而,有可能存在IP某些神经元或特定神经元隔室中的R2受体。结论是这完全是由于星形胶质细胞需要星形胶质细胞选择性敲除IPR2和我不知道这个证据(尽管我可能错了)。作者还应该注意到一些研究表明,钙信号仍然存在于IP中星形胶质细胞的精细过程中R2级-/-转基因小鼠。

我们同意审稿人的意见。我们也注意到有报道显示这些小鼠的星形细胞过程中存在钙信号,尽管这种信号在很大程度上减弱了。因此,我们进行了额外的实验,通过向星形胶质细胞网络加载GDPβS来测试阻断星形胶质细胞钙信号的效果。在这些条件下,星形胶质细胞Ca2+信号消失,双相突触调节也缺失。我们将这些新结果包括在图3F和J在文中:“我们进一步测试了星形胶质细胞参与突触双相调节,通过贴片吸管将GDPβS加载到星形胶质细胞网络中,以特异性阻断星形胶质细胞中的G蛋白信号。在加载了GDPβS的切片中,中间神经元去极化未能诱导星形胶质细胞Ca2+高度(n=60个星形胶质细胞,n=8片;p=0.53;图3F)诱导双相突触调节(n=7个神经元;Pr增强p=0.3;Pr抑制p=0.36;图3J).”

星形胶质细胞Ca2+无鞘化足以诱导WT和IP的突触调节R2级-/-老鼠(图5)新结果显示星形胶质细胞钙缺乏2+星形胶质细胞GABA的升高与突触调节B类R(右)-/-老鼠。

作者提供了有趣的证据,证明中间神经元的动作电位放电模式将导致突触增强或突触抑制。这是一个了不起的发现,作者令人信服地表明,他们使用了一种非常令人印象深刻的策略,即从大脑切片中识别的细胞进行配对记录。中的初始比较图2神经元去极化(CB1介导的增强)与高频刺激(GABAG介导的)的对比似乎令人费解。作者可以更清楚地描述这些初始实验的基本原理,然后描述中间神经元特异性反应的进展。特别是为什么在图2D,与中的增强相比图3I?

我们感谢评论员的积极评论。实验的基本原理图2是为了测试单个突触是否可以被星形胶质细胞介导的两种机制调节,即内源性大麻素和谷氨酸介导的突触增强和GABAB类-腺苷介导的突触抑制。这些实验旨在测试单个突触是否可以由两种不同的神经递质(谷氨酸和ATP/腺苷)调节。更详细的说明和示意图(图2H)包括:“已知星形胶质细胞通过释放谷氨酸或ATP分别诱导CA3-CA1突触的突触增强或异突触抑制(图2H)(Navarrete和Araque,2010;Perea和Araq,2007;Pascual等人,2005;Boddum等人,2016;Zhang等人,2003;Chen等人,2013)。为了研究单个突触是否可以由不同的神经递质调节,我们测试了单个突触能否同时经历突触调节现象(由星形胶质细胞谷氨酸和ATP/腺苷介导)。”;和:“虽然一些研究表明,异突触性抑郁症涉及GABAB类SC HFS激活中间神经元后R介导的星形胶质细胞ATP释放(图2H)(Serrano等人,2006年),其他研究报告了GABAB类R通过直接刺激中间神经元介导的星形细胞谷氨酸释放,导致突触增强(Perea等人,2016;Kang等人,1998)。因为这些报告使用了两种不同形式的中间神经元刺激,即直接的中间神经元去极化或突触刺激,我们假设释放的神经递质类型的差异(谷氨酸vs.ATP/腺苷)取决于中间神经元的放电模式。”

关于“特别是为什么在图2 D,与中的增强相比图3 I?” 应该注意的是图2D和3I第三章对应于两种不同的刺激模式。图2DSC的HFS激活了星形胶质细胞(如参考文献Serrano等人,2006所述),这使得HFS期间无法充分同步记录突触传递参数。我们同意评论者的观点,即在HFS方案中预期会出现初始突触增强,但由于所用方案的实验限制,这一点被掩盖了。相反,这种初始增强显示在图3I可以监测,因为星形胶质细胞通过直接刺激全细胞记录的中间神经元而被激活,这不会干扰EPSC的同步分析。由于这个原因,其余的实验都是使用锥体细胞和中间神经元的配对记录策略进行的。

[编者注:作者对重新审查的回应如下。]

手稿已经过修改,以回应审稿人1和2的评论(审稿人3没有进一步的评论)。

1号审核人:

作者进行了许多额外的实验来解决提出的问题,并澄清了一些令人困惑的问题。因此,手稿得到了很大的改进。然而,我还有几点补充意见。

1) 分析释放概率、效力等变化的条形图显示了操作后初始时间内出现的影响。请指出诱导刺激后测试刺激的频率(我可能错过了,但在材料和方法中找不到)。考虑到需要重复刺激来评估这些参数,指出使用了多少反应来计算这些平均值是很重要的。

我们对之前版本的手稿缺乏足够的细节表示歉意。我们现在已经澄清了这个问题。如材料和方法一节所示,在0.33Hz下获得突触参数:“以0.33Hz连续传递配对脉冲(2 ms持续时间,50 ms间隔)”和“在神经元间去极化序列中,在0.33 Hz下连续监测锥体神经元的突触活动”。

用于计算条形图中所示平均值的EPSC数量的澄清现已包含在材料和方法一节中,如下所示:“为了确定突触变化,将刺激(基础)前3分钟记录的平均EPSC(n=60 EPSC)与平均EPSCs(n=20 EPSC)进行比较在刺激后(用于增强)或在最初的短暂突触增强消退后(用于抑制)。”

2) 纳入CB1R和GABABR的星形胶质细胞特异性缺失实验是对该研究的一个极好的补充。然而,作者需要通过直接评估CB1激动剂和GABA/巴氯芬对星形胶质细胞钙变化的影响,提供证据证明这种基因操作是有效的,类似于图3-图补充1需要注意的是,这两种操作(使用GFAP-CreER)都可能导致放射状胶质细胞CB1受体的缺失,从而最终导致齿状颗粒神经元,对三突触海马回路的影响未知。

我们感谢审稿人的积极评论和有益建议。如前所述,我们已经测试了这两种转基因小鼠系的有效性。相应结果以新的形式报告图2-图补充2和新的图3-图补充2,并在文本中描述如下:

“为了证实GFAP-CB1-null小鼠中的星形胶质细胞选择性缺乏CB1R,我们测试了星形胶质细胞对CB1R激动剂WIN55-212,2和WT和GFAP-CB1-null鼠切片中ATP的反应性。[…]野生型和GFAP-CB1-null小鼠表现出相似的DSI,表明GFAPCB1-null小鼠的星形胶质细胞中特异性缺乏CB1R(图2-图补充2).”

同样,“我们首先确认GABAB类-在这些转基因小鼠中没有介导的星形胶质细胞反应。而来自GABA的星形胶质细胞B类-空白小鼠对巴氯芬无反应(n=74个来自n=6片的星形胶质细胞,p=0.418),对ATP有反应(p<0.001),表明星形胶质细胞有功能但选择性缺乏GABAB类R介导的反应。此外,来自野生型和GABA的神经元B类-空白小鼠对巴氯芬的反应类似,表明GABAB类GABA中星形胶质细胞中特异性缺失RsB类-无鼠标(图3-图补充2)”.

关于桡侧胶质细胞受体可能缺失的评论,我们同意评论者的观点,即使用GFAP-CreER的操作可能导致桡侧神经胶质细胞CB1受体的缺失,并最终导致齿状颗粒神经元的缺失。虽然这可能导致回路海马功能的改变,但我们相信,我们目前在突触水平上对星形胶质细胞调节的结果不会受到网络功能潜在改变的影响。

3) 无论是数据还是论证,我都不相信所记录的反应只代表单个突触。虽然作者正确地指出,以前曾使用过这种方法,但这种方法固有的不确定性仍然很大。将反应描述为单个突触应正式保留给配对记录,在配对记录中可以直接建立功能连接的数量(通常通过事后免疫标记)。例如,中显示的代表性示例数据图1D强调了定义什么是单一突触反应的困难,因为反应幅度明显持续变化,成功与失败之间没有明确的区分(通过着色)。围绕单突触的说法应该软化,以考虑到这种不确定性。

我们同意这位评审员(以及评审员#2)关于最小刺激方法固有局限性的观点。根据评审员的建议,我们软化了这些说法,表明使用了“假定的单突触”一词。此外,为了澄清这个问题,我们在讨论中加入了以下段落:“目前的结果是使用最小刺激方法获得的,该方法被认为可以基于突触反应的相对低幅度和稳定性来监测单个或极少数突触的活动(Navarrete和Araque,2010;Mariotti等人,2018;陈等,2013;Isaac等人,1996年;Raastad,1995年)。然而,该方法的固有局限性仍然不确定是单个突触还是少数突触被激活。然而,事实上,在整个实验过程中,突触的效力保持不变,这表明对同一个或多个突触进行了监测。”

4) 我仍然担心在手稿中使用数据选择。不应仅仅因为单元格没有按预期响应而排除数据。排除标准应该明确定义,例如,如果作者在实验结束时用选择性激动剂挑战细胞,以证明星形胶质细胞的受体表达不同。关于变异性的来源,请指出应用巴氯芬后表现出钙增加的星形胶质细胞比例。

我们理解审稿人对这一敏感问题的担忧。我们的选择标准是,在控制条件下没有显示调控的突触没有被进一步考虑。考虑到我们正在分析单个或少数突触的调节,在一些实验中,刺激对某些突触的调控效率低下是意料之中的事,这可能仅仅是因为受刺激的星形胶质细胞和记录的突触之间缺乏功能连接。正如我们最近的报告(Lines等人,2017)所述,由于将受调控或不受调控的突触的结果汇集在一起会导致隐藏效应,因此需要选择受调控的神经突触。然而,报告显示这种现象的细胞比例(图2F图4——补充图1).

为了澄清这一问题,列入了以下段落:”图2F图4——图补充1A显示了突触发生增强、抑制或无变化的百分比。[……]因此,对于药理学实验和使用转基因小鼠的实验,使用了相对较大的样本量,因此可以假设在记录的人群中从未观察到这种现象。”

关于对巴氯芬有反应的星形胶质细胞比例,我们现在在文本中指出以下句子:“巴氯芬应用诱导Ca2+记录的星形胶质细胞增加49±8%(n=11切片中n=61个星形胶质细胞p<0.001;图3——补充图1B).”

2号审核人:

作者以令人满意的方式解决了我在第一轮审查中提出的问题。其他审查员提出了更多实质性关切。特别是,点评人1提出了CA3-CA1通路中最小刺激的能力,即每次监测同一突触的能力,这对于解释数据尤其重要,即同一星形胶质细胞的不同神经递质既增强又抑制一个突触。

正如对1号评审员评论3的回复所示,我们同意最小刺激方法的固有局限性。根据评论员的建议,我们软化了这些说法,表示使用了“假定的单突触”一词。此外,为了澄清这个问题,我们在讨论中包括了以下段落:“目前的结果是使用最小刺激方法获得的,该方法被认为可以基于相对较低的突触反应振幅和稳定性来监测单个或极少数突触的活动(Navarrete和Araque,2010;Mariotti等人,2018;陈等,2013;Isaac等人,1996年;Raastad,1995年)。[……]然而,事实上,在整个实验过程中,突触的效力保持不变,这表明对同一个或多个突触进行了监测。”

此外,使用不同受体的他莫昔芬诱导的星形胶质细胞特异性KO线的新实验在本文中似乎没有任何验证(提供了参考文献,但一个来自不同的实验室,另一个用于年轻动物的重组),因此这是需要添加的内容,或应在材料和方法中提供模型验证的更详细解释。

我们感谢评审员提出的有益建议。正如评论员#1对评论2的回应所示,我们已经对两种转基因小鼠系的有效性进行了实验测试。相应的结果以新的形式报告图2-图补充2和新的图3-图补充2,并在文本中描述如下:

“为了证实GFAP-CB1-null小鼠中的星形胶质细胞选择性缺乏CB1Rs,我们在WT和GFAP-CB1-null小鼠获得的切片中测试了星形胶质细胞对CB1R激动剂WIN55-212,2和ATP的反应性野生型和GFAP-CB1-null小鼠表现出相似的DSI,表明GFAPCB1-null小鼠的星形胶质细胞中特异性缺乏CB1R(图2-图补充2).”

同样,“我们首先确认GABAB类-在这些转基因小鼠中没有介导的星形胶质细胞反应。而来自GABA的星形胶质细胞B类-空白小鼠对巴氯芬无反应(n=74个来自n=6片的星形胶质细胞,p=0.418),对ATP有反应(p<0.001),表明星形胶质细胞有功能但选择性缺乏GABAB类R介导的反应。此外,来自野生型和GABA的神经元B类-空白小鼠对巴氯芬的反应类似,表明GABAB类GABA中星形胶质细胞中特异性缺失RsB类-无鼠标(图3-图补充2)”


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