在一项新的研究中，来自英国剑桥大学医学研究委员会分子生物学实验室的研究人员发现星形胶质细胞，即包围并支持大脑神经元的“看护”细胞，在昼夜节律（即身体24小时的生物钟）中起着比之前理解的更重要的作用。星形胶质细胞之前被认为仅是支持调节昼夜节律的神经元，但是这项新的研究指出它们实际上能够引导这种体内生物钟的节奏，并且首次证实它们能够控制哺乳动物日常行为的模式。相关研究结果发表在2019年1月11日的Science期刊上，论文标题为“Cell-autonomous clock of astrocytes drives circadian behavior in mammals”。
图片来自Marco Brancaccio。
当昼夜节律被打乱时，这可能导致时差反应和睡眠障碍，而且还可能导致从精神疾病到痴呆症、糖尿病和癌症的一系列疾病。这项新研究的发现可能为开发新的治疗方法铺平道路。
昼夜节律因其在维持人体健康方面的作用而广为人所知，而且虽然已发现身体中的许多不同类型的细胞都有自己的内部时钟，但是这些时钟的定时主要由视交叉上核（suprachiasmatic nucleus, SCN）控制。视交叉上核是下丘脑中的一个小的大脑区域，作为负责调节日常行为的主时钟。
这项新的研究利用显微成像技术观察了SCN中的星形胶质细胞和神经元的详细内部分子钟定时。令人吃惊的是，结果表明尽管这两种类型的细胞都有它们自己的生物钟，但它们受到不同的调节，并且经观察在一天中的不同时间里处于活跃状态。他们发现这种微妙的相互作用对于保持整个SCN时钟的有规律运行至关重要。
在取得这项初始的发现之后，这些研究人员发现对经过遗传改造沉默体内生物钟的小鼠而言，它们的SCN功能和行为受到破坏，但是出乎意料之外的是，他们发现单独恢复星形胶质细胞中的遗传功能性的时钟能够让这些小鼠调节它们的日常活动。这意味着即使当星形胶质细胞是具有功能性的体内生物钟的动物中的唯一细胞时，他们仍然观察到小鼠的日常行为模式。当他们将这种行为模式与具有功能性的神经元时钟的小鼠进行比较时，他们发现SCN中受调节活动的时间缩短了大约一个小时，这也反映在小鼠行为上，这就表明星形胶质细胞能够控制动物的行为以适应它们自身的细胞特性。
这项研究还揭示出作为大脑和中枢神经系统中的一种神经递质，谷氨酸作为化学信号，用于将SCN中的功能性星形胶质细胞的时间线索传递给无时钟节律的神经元搭档。作为论文第一作者的Marco Brancaccio博士说，“让我们非常吃惊的是，星形胶质细胞在动物中产生传播生物钟定时信号方面与神经元一样高效。我们从之前的研究中已了解到这些细胞在昼夜节律钟中起作用，但我们当时并不知道它们能够重新启动神经元的昼夜节律功能。这为体内生物钟的神经生物学增加了一个全新且意想不到的维度，并为未来的研究和开发治疗的潜力提出了一些令人兴奋的途径。”
论文通信作者、剑桥大学医学研究委员会分子生物学实验室的Michael Hastings博士补充道，“这是首次证实星形胶质细胞实际上能够控制动物行为。这是神经科学领域的重大进步。”
参考资料：Marco Brancaccio et al. Cell-autonomous clock of astrocytes drives circadian behavior in mammals. Science, 2019, doi:10.1126/science.aat4104.
Carla B. Green. Many paths to preserve the body clock. Science, 2019, doi:10.1126/science.aav9706.
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