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小膠質(zhì)細(xì)胞的異常突觸修剪可能在酒精濫用引起的突觸傳遞缺陷中起重要作用
閱讀：584 發(fā)布時(shí)間：2020-9-29 酒精濫用（Alcohol abuse，也譯為酗酒）與大腦和外周器官的病理生理變化有關(guān)，其中的許多變化可能導(dǎo)致危及生命的狀況。酒精對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）的影響通常會(huì)導(dǎo)致行為缺陷（包括焦慮、認(rèn)知能力下降和運(yùn)動(dòng)功能障礙）和突觸功能受損。突觸功能受損是酒精濫用的主要特征，可能是此類行為缺陷的基礎(chǔ)。酒精對(duì)突觸前區(qū)室和突觸后區(qū)室以及神經(jīng)遞質(zhì)的分泌/循環(huán)利用有不利影響，終導(dǎo)致興奮性和抑制性神經(jīng)傳遞受到破壞。酒精對(duì)突觸的這種有害作用可能歸因于酒精對(duì)神經(jīng)元的已被充分認(rèn)識(shí)的作用，也可能歸因于酒精對(duì)神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的未被充分認(rèn)識(shí)的作用。
小膠質(zhì)細(xì)胞是大腦中主要的先天免疫細(xì)胞群體，通過持續(xù)地延伸和縮回它們的細(xì)胞突起、監(jiān)測(cè)組織損傷或感染以及檢查突觸的功能狀態(tài)來維持神經(jīng)組織的動(dòng)態(tài)平衡和監(jiān)視CNS實(shí)質(zhì)。在CNS組織受損或感染后，小膠質(zhì)細(xì)胞被激活，改變它們的形態(tài)（轉(zhuǎn)變?yōu)樽冃蜗x樣形狀）、吞噬能力和轉(zhuǎn)錄特征，以恢復(fù)組織穩(wěn)態(tài)。然而，在許多神經(jīng)精神疾病中，小膠質(zhì)細(xì)胞的免疫功能受損，常常導(dǎo)致炎性介質(zhì)的過度產(chǎn)生和吞噬活性的加劇，這可能對(duì)突觸有害，并對(duì)行為產(chǎn)生負(fù)面影響。
在人類酗酒者和酒精中毒動(dòng)物模型中，小膠質(zhì)細(xì)胞功能的改變與神經(jīng)免疫激活有關(guān)，并且可能直接與酒精攝入的某些神經(jīng)毒性和不良行為有關(guān)。先天免疫系統(tǒng)的激活有助于大腦區(qū)域的神經(jīng)適應(yīng)，這些區(qū)域與逐步增加的酒精攝入、耐受性、依賴性和復(fù)發(fā)有關(guān)。與酒精成癮的神經(jīng)免疫假說相一致的是，敲除多個(gè)參與免疫反應(yīng)的基因可減少小鼠的自愿酒精攝入；在大腦中，這些基因僅在小膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)或高度富集。
在一項(xiàng)新的研究中，來自葡萄牙波爾圖大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)在雄性小鼠中，連續(xù)10天飲酒達(dá)到暴飲水平（對(duì)人類而言，平均一個(gè)人每天大約喝五次酒）可增強(qiáng)前額葉皮層小膠質(zhì)細(xì)胞中的Src-TNF信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而增強(qiáng)它們的吞噬能力并導(dǎo)致異常的突觸修剪，終導(dǎo)致突觸損失和焦慮樣行為?？傮w而言，這些結(jié)果表明小膠質(zhì)細(xì)胞的異常突觸修剪可能在酒精濫用引起的突觸傳遞缺陷中起重要作用。
神經(jīng)炎癥被認(rèn)為是酒精引起的大腦損傷的一個(gè)主要因素。之前的多項(xiàng)研究（包括5周大的雌性小鼠飲酒持續(xù)20周，乙醇濃度大約為140 mg/dl；給6至8周大的雌性小鼠喂食乙醇濃度大約為215 mg/dl的液體飲食，持續(xù)5周）已表明，重度飲酒會(huì)觸發(fā)促炎性細(xì)胞因子表達(dá)特征，并伴有神經(jīng)膠質(zhì)增生。然而，盡管暴飲水平的重復(fù)性飲酒誘導(dǎo)了神經(jīng)免疫激活和興奮性突觸喪失，但是在這項(xiàng)新的研究中，這些發(fā)現(xiàn)在雄性小鼠模型中，這未產(chǎn)生經(jīng)典的促炎性細(xì)胞因子表達(dá)特征。
相反，他們的數(shù)據(jù)更符合之前的多項(xiàng)轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究，尤其是一項(xiàng)RNA測(cè)序研究：來自小鼠前額葉皮層的小膠質(zhì)細(xì)胞長(zhǎng)期暴露于酒精（使用隔日兩瓶的選擇模式）不會(huì)誘發(fā)典型的促炎性細(xì)胞因子表達(dá)特征。同樣，在這些作者開發(fā)的乙醇暴露模型中，TLR4的轉(zhuǎn)錄表達(dá)明顯下降，這與之前的一項(xiàng)表明體外培養(yǎng)的人外周血單核細(xì)胞急性暴露于酒精可抑制TLR4信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的研究更為一致。因此，乙醇暴露的劑量和持續(xù)時(shí)間似乎會(huì)不同地影響神經(jīng)免疫激活和小膠質(zhì)細(xì)胞促炎信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。
在這項(xiàng)新的研究中，針對(duì)途徑富集的Gene Ontology分析表明，攝入乙醇（又稱酒精）會(huì)誘導(dǎo)TLR2和促炎性細(xì)胞因子TNF表達(dá)，并且這些途徑可能在小膠質(zhì)細(xì)胞中受到共同調(diào)節(jié)。對(duì)Src激酶的TLR2依賴性招募和激活刺激了小膠質(zhì)細(xì)胞中的幾種與免疫相關(guān)的途徑，包括NF-κB激活、磷脂酶C與整合素的結(jié)合、活性氧生成、白介素12（IL-12）產(chǎn)生以及終的包括TNF在內(nèi)的促炎性介質(zhì)產(chǎn)生。
乙醇增強(qiáng)Src活化，導(dǎo)致NF-κB復(fù)合體中的p65亞基發(fā)生核轉(zhuǎn)位，終導(dǎo)致小膠質(zhì)細(xì)胞中的NF-κB依賴性TNF產(chǎn)生和分泌。與利用泊馬度胺（pomalidomide, PMD）阻斷TNF產(chǎn)生的作用相似，用AZD0530（一種臨床相關(guān)的Src抑制劑）抑制Src也可以預(yù)防小膠質(zhì)細(xì)胞增生。這種Src抑制劑還抑制了乙醇攝入引起的焦慮樣行為，這表明靶向小膠質(zhì)細(xì)胞中的Src-NF-κB-TNF途徑可能會(huì)阻止酒精的致焦慮作用。酒精暴露引起小膠質(zhì)細(xì)胞Src激活和NF-κB依賴性轉(zhuǎn)錄的確切信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制值得進(jìn)一步研究。
同樣地，盡管這些小膠質(zhì)細(xì)胞消融實(shí)驗(yàn)表明，小膠質(zhì)細(xì)胞是乙醇暴露期間前額葉皮層中TNF的主要制造者，但是他們并不能排除外周器官（比如肝臟）甚至星形膠質(zhì)細(xì)胞在應(yīng)對(duì)乙醇暴露時(shí)產(chǎn)生的TNF也可能有助于導(dǎo)致他們觀察到的小膠質(zhì)細(xì)胞表型。
前額葉皮層包含谷氨酸能興奮性神經(jīng)元，這些神經(jīng)元在局部形成突觸或遠(yuǎn)端投射到皮層和皮層下核。無法建立和維持適當(dāng)?shù)呐d奮性連接會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)元活動(dòng)失衡，這至少可能解釋了多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病中發(fā)現(xiàn)的某些行為缺陷。因此，乙醇引起的前額葉皮層興奮性突觸喪失可能足以破壞投射到皮層下區(qū)域中焦慮相關(guān)中心的前額葉皮層神經(jīng)元的興奮/抑制平衡，這提示著乙醇誘導(dǎo)的前額葉皮層突觸喪失可能直接影響酒精相關(guān)的焦慮。
盡管這是合理的，但是這些數(shù)據(jù)并未正式排除小膠質(zhì)細(xì)胞可以在其他大腦區(qū)域（例如杏仁核）中直接激活以引發(fā)乙醇的促焦慮作用的可能性。焦慮也與戒酒有關(guān)。但是，鑒于這些行為分析是在預(yù)期小鼠血液的乙醇水平為100至120 mg/dl的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行的，因此他們觀察到的焦慮樣行為增加可能反映了持續(xù)的乙醇攝入而不是戒酒引起的焦慮導(dǎo)致了一種更持久的焦慮狀態(tài)。
這項(xiàng)研究觀察到的表型是僅針對(duì)雄性小鼠報(bào)道的。小鼠情緒反應(yīng)中的性別差異，比如與焦慮樣行為相關(guān)的性別差異已有了充分的文獻(xiàn)記載，而且可能與發(fā)情周期中性激素含量的變化有關(guān)。雌性小鼠的小膠質(zhì)細(xì)胞和雄性小鼠的小膠質(zhì)細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄程序也相差很大，再加上雌性小鼠更容易發(fā)生酒精相關(guān)的炎癥和神經(jīng)元損傷這一事實(shí)，無不表明還需要利用雌性小鼠開展進(jìn)一步研究，以便更好地了解乙醇暴露對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞依賴性突觸修剪、突觸功能和焦慮相關(guān)行為的影響。
小膠質(zhì)細(xì)胞通過吞噬突觸末梢來參與突觸重塑。在這項(xiàng)新的研究中，這些發(fā)現(xiàn)，乙醇暴露可能通過增強(qiáng)小膠質(zhì)細(xì)胞的吞噬能力來增加它們對(duì)突觸結(jié)構(gòu)的吞噬。相比之下，乙醇減少了小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)大腸桿菌和淀粉樣蛋白的吞噬作用，并且還抑制了由P2X4受體激活引發(fā)的小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬作用，這就表明乙醇可能會(huì)根據(jù)特定情況改變小膠質(zhì)細(xì)胞的吞噬能力。
此外，考慮到小膠質(zhì)細(xì)胞的清除活性在不同的大腦區(qū)域之間存在顯著差異，可以想象，前額葉皮層小膠質(zhì)細(xì)胞比暴露于酒精后的海馬體小膠質(zhì)細(xì)胞更容易吞噬和修剪突觸。雖然有必要開展進(jìn)一步的深入研究以查明引起這些區(qū)域差異和小膠質(zhì)細(xì)胞異質(zhì)性的確切機(jī)制，但是這些發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細(xì)胞可以吞噬前額葉皮層中的突觸后區(qū)室，這為大腦免疫系統(tǒng)如何導(dǎo)致突觸傳遞受損提供了重要的新的機(jī)制上的證據(jù)，而突觸傳遞受損是酒精濫用的一種主要有害后果。