神經(jīng)細(xì)胞與NG2膠質(zhì)細(xì)胞的突觸聯(lián)系

劉遠(yuǎn)，葉云，李明超，張祚，周吉銀

NG2膠質(zhì)細(xì)胞具有獨(dú)特的電生理特性，包括各種電壓和配體激活的通路，并賦予這些細(xì)胞特定的生理表型。關(guān)于NG2膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)的受體和通道的類型已有廣泛研究，但它們?cè)隗w內(nèi)的功能尚未完全定義。特別是在發(fā)育及成年的生理和病理?xiàng)l件下，不同的膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是如何集成在NG2膠質(zhì)細(xì)胞上的仍未可知。神經(jīng)細(xì)胞-NG2膠質(zhì)細(xì)胞突觸的發(fā)現(xiàn)為探討這一問題以及定義在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中神經(jīng)細(xì)胞和NG2膠質(zhì)細(xì)胞之間的功能關(guān)系提供了路徑。神經(jīng)細(xì)胞-NG2膠質(zhì)細(xì)胞突觸能影響NG2膠質(zhì)細(xì)胞分化為髓鞘化的少突膠質(zhì)細(xì)胞，而少突膠質(zhì)細(xì)胞在髓鞘修復(fù)方面有重要作用[1]。

1 NG2膠質(zhì)細(xì)胞的受體表達(dá)

目前，在NG2膠質(zhì)細(xì)胞上發(fā)現(xiàn)的受體包括谷氨酸受體、γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric，GABA）受體及神經(jīng)調(diào)節(jié)受體（腎上腺素能受體、乙酰膽堿受體、多巴胺受體、甘氨酸受體、嘌呤受體、5-羥色胺受體）。

谷氨酸受體包括離子型及代謝型谷氨酸受體，離子型谷氨酸受體由α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙酸（α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionate receptor，AMPA）受體、紅藻氨酸受體、N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartic acid，NMDA）受體和δ受體四個(gè)亞家族組成。AMPA受體亞基被命名為GluA1-GluA4，紅藻氨酸受體亞基被命名為GluK1-GluK5，NMDA受體亞基被命名為GluN1、GluN2A-GluN2D和GluN3[2]。NG2膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)AMPA和紅藻氨酸受體，AMPA/紅藻氨酸受體在NG2膠質(zhì)細(xì)胞形成的直接谷氨酸能突觸中被原位激活。目前，NG2膠質(zhì)細(xì)胞是唯一顯示能與神經(jīng)細(xì)胞形成直接突觸的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，在所有情況下它們都是突觸后的，電鏡分析在其軸突中未檢測(cè)到突觸前特異性。AMPA/紅藻氨酸受體在體內(nèi)NG2膠質(zhì)細(xì)胞中的作用尚不清楚，但來自體外研究的證據(jù)表明，它們可能調(diào)節(jié)許多NG2膠質(zhì)細(xì)胞的行為。在體外，AMPA/紅藻氨酸受體拮抗劑可刺激NG2膠質(zhì)細(xì)胞遷移，而激動(dòng)劑可抑制NG2膠質(zhì)細(xì)胞的增殖和分化。在小腦切片，抑制神經(jīng)細(xì)胞活性（從而抑制谷氨酸釋放）或阻斷AMPA受體會(huì)增加NG2膠質(zhì)細(xì)胞的增殖和分化，但這種分化的增加并未伴隨髓鞘形成的增加[3]。

功能性NMDA在整個(gè)少突膠質(zhì)細(xì)胞譜系中表達(dá)，在培養(yǎng)腦片上發(fā)現(xiàn)NG2膠質(zhì)細(xì)胞上的NMDA受體是Ca2+通透、對(duì)Mg2+敏感，可被NMDA受體特異性拮抗劑MK801或D-APV所阻斷[4]。但是NG2膠質(zhì)細(xì)胞中NMDA受體的表達(dá)不是普遍的（胼胝體中只有60%的細(xì)胞對(duì)NMDA應(yīng)答），且受體的密度非常低。NMDA受體表達(dá)隨NG2膠質(zhì)細(xì)胞分化而下降，如GluN1 mRNA在新形成的少突膠質(zhì)細(xì)胞中的表達(dá)比NG2膠質(zhì)細(xì)胞低5倍[5]。在神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白（neuregulin，NRG）或腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）的存在下，少突膠質(zhì)細(xì)胞中NMDA受體介導(dǎo)的谷氨酸信號(hào)可促進(jìn)共培養(yǎng)體系中軸突的活性依賴性髓鞘化，表明NMDA受體在調(diào)節(jié)髓鞘形成中有重要作用[6]。培養(yǎng)條件下，NG2膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)Ⅰ組（mGluR1、mGluR5）、Ⅱ組（mGluR3）和Ⅲ組（mGluR4）代謝型谷氨酸受體。代謝型的谷氨酸受體在調(diào)節(jié)NG2膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)育和突觸可塑性中可能發(fā)揮重要作用。

GABAA受體是由兩個(gè)α、兩個(gè)β和一個(gè)γ亞基組成的異戊酰胺。亞基組成影響受體復(fù)合物的敏感性、動(dòng)力學(xué)、藥理學(xué)特征和細(xì)胞表面分布。含85%的NG2膠質(zhì)細(xì)胞的混合膠質(zhì)細(xì)胞培養(yǎng)物中檢測(cè)到的mRNA有α2、α3、α4、α5、γ2、γ3和低水平γ1，α3亞基表達(dá)最高，不表達(dá)α6，故NG2膠質(zhì)細(xì)胞具有低親和力、激活緩慢的受體。突觸定位相關(guān)的γ2亞基的表達(dá)隨年齡增長而下降與皮質(zhì)NG2膠質(zhì)細(xì)胞的GABA能突觸聯(lián)系頻率隨年齡增長而減少相關(guān)[7]。

神經(jīng)調(diào)節(jié)受體的表達(dá)主要通過外源性激動(dòng)劑在培養(yǎng)或腦切片中的應(yīng)用來證明。這些受體在原位或體內(nèi)的自發(fā)激活未被報(bào)道。不像谷氨酸和GABA，神經(jīng)調(diào)節(jié)劑如去甲腎上腺素和5-羥色胺通常由神經(jīng)細(xì)胞靜脈曲張狀態(tài)遠(yuǎn)距離投射釋放出來，可能通過相關(guān)受體影響廣泛區(qū)域的神經(jīng)細(xì)胞和膠質(zhì)細(xì)胞。但ATP例外，它可由星形膠質(zhì)細(xì)胞和突觸囊泡在本地釋放。雖然編碼神經(jīng)調(diào)節(jié)受體的mRNA很少，但這些受體所表現(xiàn)出的高信號(hào)擴(kuò)增可能使少數(shù)受體在NG2膠質(zhì)細(xì)胞中產(chǎn)生巨大改變。神經(jīng)調(diào)節(jié)劑的釋放與腦狀態(tài)的變化有關(guān)，如情緒、注意力和睡眠。這些狀態(tài)的改變對(duì)NG2膠質(zhì)細(xì)胞行為的調(diào)控很少有研究，但神經(jīng)調(diào)節(jié)劑受體的表達(dá)表明它們有可能受到影響，并且可能受到神經(jīng)遞質(zhì)誘導(dǎo)而有助于神經(jīng)回路的可塑性。

這些NG2膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)的受體的發(fā)現(xiàn)提示NG2膠質(zhì)細(xì)胞可能參與某些特殊的功能。對(duì)于NG2膠質(zhì)細(xì)胞上的受體的研究是了解NG2膠質(zhì)細(xì)胞及其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中功能的一個(gè)基本而又重要的方向。

2 神經(jīng)細(xì)胞-NG2膠質(zhì)細(xì)胞突觸的分布

在發(fā)育和成年的小鼠海馬中，NG2膠質(zhì)細(xì)胞接受來自興奮的神經(jīng)細(xì)胞的突觸，這些突觸的功能一直是許多研究的對(duì)象。轉(zhuǎn)基因序列的實(shí)現(xiàn)及基因特異性敲除大大地促進(jìn)生理學(xué)研究，并為神經(jīng)細(xì)胞-NG2突觸的研究提供支持。從生理、形態(tài)和超微結(jié)構(gòu)方面已證實(shí)NG2膠質(zhì)細(xì)胞與神經(jīng)細(xì)胞有直接的突觸聯(lián)系。然而，NG2膠質(zhì)細(xì)胞在發(fā)育和成年中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的作用尚未完全定義，故神經(jīng)細(xì)胞-NG2膠質(zhì)細(xì)胞突觸的生理作用很大程度上也不能確定?？偨Y(jié)這些突觸在哪個(gè)部位、什么時(shí)間能在NG2膠質(zhì)細(xì)胞上發(fā)現(xiàn)，這可能很大程度上闡明NG2膠質(zhì)細(xì)胞在發(fā)育中和神經(jīng)細(xì)胞-NG2膠質(zhì)細(xì)胞關(guān)系中的作用。

2.1 在灰質(zhì)

在大腦的多個(gè)區(qū)域NG2膠質(zhì)細(xì)胞可接收到谷氨酸能突觸，包括海馬、大腦皮質(zhì)、腦干、胼胝體、小腦白質(zhì)和小腦皮質(zhì)。在海馬，CA1區(qū)的NG2膠質(zhì)細(xì)胞可接收CA3區(qū)錐體神經(jīng)元的突觸。在大腦皮質(zhì)的桶狀皮質(zhì)丘腦皮質(zhì)投射與NG2膠質(zhì)細(xì)胞形成突觸[8]。在小腦皮質(zhì)的分子層，攀緣纖維釋放的谷氨酸引發(fā)AMPA受體通道介導(dǎo)的電流[9]。在所有的灰質(zhì)區(qū)域NG2膠質(zhì)細(xì)胞的興奮性突觸，如谷氨酸電流，顯示一些共同的特點(diǎn)包括：小振幅、快速動(dòng)力學(xué)和對(duì)AMPA受體拮抗劑的高敏感性。然而，不同大腦區(qū)域NG2膠質(zhì)細(xì)胞突觸的功能差異仍需進(jìn)一步研究。

除了谷氨酸能突觸，在海馬和皮質(zhì)，NG2膠質(zhì)細(xì)胞也接受GABA能突觸。在海馬CA1區(qū)，NG2膠質(zhì)細(xì)胞直接收到中間神經(jīng)元輸出的GABA能，它們的輸入通過激活GABAA受體通道引發(fā)NG2膠質(zhì)細(xì)胞抑制性突觸后電流（inhibitory postsynaptic currents，IPSCs）[10]。

2.2 在白質(zhì)

在白質(zhì)區(qū)域，NG2膠質(zhì)細(xì)胞占很大數(shù)量，它們通過一系列復(fù)雜的發(fā)育過程和細(xì)胞的改變最終合成髓鞘包圍軸突，分化成少突膠質(zhì)細(xì)胞。有研究報(bào)道，在胼胝體軸突和NG2膠質(zhì)細(xì)胞形成的直接興奮性突觸聯(lián)系有功能性的相互作用[11]。這種突觸也在無髓鞘軸突和NG2膠質(zhì)細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，這表明它們可能介導(dǎo)白質(zhì)中神經(jīng)細(xì)胞和NG2膠質(zhì)細(xì)胞間的發(fā)育信號(hào)。由于無髓鞘軸突只占胼胝體軸突總數(shù)的30%，與這部分無髓鞘軸突優(yōu)先聯(lián)系的NG2膠質(zhì)細(xì)胞可能與髓鞘形成過程有關(guān)。在白質(zhì)神經(jīng)遞質(zhì)釋放與神經(jīng)細(xì)胞間突觸囊泡融合更相似，都依賴于動(dòng)作電位的強(qiáng)度和傳播及Ca2+微信號(hào)。此外，在白質(zhì)NG2膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)Ca2+通透性的AMPA受體通道使其更好地應(yīng)對(duì)谷氨酸能輸入引起的大量突觸后反應(yīng)和相關(guān)的Ca2+依賴的細(xì)胞內(nèi)事件。在白質(zhì)NG2膠質(zhì)細(xì)胞上GABA能突觸的存在仍不能確定。在胼胝體，自發(fā)或誘發(fā)的GABA受體介導(dǎo)的反應(yīng)未得到證實(shí)[12]。其他的白質(zhì)區(qū)域，包括其他皮質(zhì)下區(qū)和小腦仍需更深的探索。

值得注意的是，突觸和非突觸這兩種不同類型的神經(jīng)細(xì)胞-NG2膠質(zhì)細(xì)胞聯(lián)系可能同時(shí)發(fā)生在白質(zhì)。最近有項(xiàng)關(guān)于清醒有行為能力小鼠的前運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)的研究顯示，選擇性光刺激該皮質(zhì)區(qū)域的神經(jīng)細(xì)胞導(dǎo)致前運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)的深層和皮層下白質(zhì)的NG2膠質(zhì)細(xì)胞的增殖、少突膠質(zhì)細(xì)胞生成和髓鞘形成增多[13]。這種活動(dòng)依賴性的髓鞘形成也會(huì)使對(duì)應(yīng)肢體的運(yùn)動(dòng)功能增強(qiáng)，暗示這種活動(dòng)依賴性的少突膠質(zhì)細(xì)胞生成和髓鞘形成與行為的改進(jìn)有因果聯(lián)系。在出生后白質(zhì)的成熟過程中，突觸和非突觸機(jī)制對(duì)NG2膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)育和功能的影響可能會(huì)發(fā)生改變。需要進(jìn)一步研究以確定這些機(jī)制是如何集成在NG2膠質(zhì)細(xì)胞上的以及怎樣影響少突膠質(zhì)細(xì)胞生成和髓鞘形成。

2.3 在側(cè)腦室室管膜下區(qū)

功能性的突觸聯(lián)系似乎發(fā)生在所有的神經(jīng)細(xì)胞和NG2膠質(zhì)細(xì)胞間，那么是否有某個(gè)區(qū)域NG2膠質(zhì)細(xì)胞不接受神經(jīng)細(xì)胞的突觸。NG2膠質(zhì)細(xì)胞大量存在于側(cè)腦室室管膜下區(qū)，盡管它們應(yīng)答多種細(xì)胞外信號(hào)，但不接受神經(jīng)細(xì)胞突觸。因此，推測(cè)NG2膠質(zhì)細(xì)胞在遷移前不易形成突觸聯(lián)系，遷移可能與突觸的存在不相容。這個(gè)假設(shè)通過一個(gè)脫髓鞘模型驗(yàn)證，相鄰的胼胝體局灶性脫髓鞘使NG2膠質(zhì)細(xì)胞遷移出側(cè)腦室室管膜下區(qū)大大增加，發(fā)現(xiàn)側(cè)腦室室管膜下區(qū)的NG2膠質(zhì)細(xì)胞和遷移到胼胝體前的遷移的NG2膠質(zhì)細(xì)胞都未與神經(jīng)細(xì)胞建立突觸聯(lián)系[14]。然而，一旦到達(dá)白質(zhì)在分化為髓鞘化少突膠質(zhì)細(xì)胞前，它們通過谷氨酸能突觸與軸突建立功能性聯(lián)系。這些突觸的功能與胼胝體本地NG2膠質(zhì)細(xì)胞與軸突間建立相似。

這些發(fā)現(xiàn)引出有關(guān)調(diào)控神經(jīng)細(xì)胞-NG2膠質(zhì)細(xì)胞突觸形成的細(xì)胞和分子機(jī)制的問題，在發(fā)育過程中這些突觸如何被調(diào)控。特別是，這些突觸是否維持在NG2膠質(zhì)細(xì)胞的整個(gè)發(fā)育過程中，如增殖、遷移和分化。

3 神經(jīng)細(xì)胞-NG2膠質(zhì)細(xì)胞突觸的功能

神經(jīng)細(xì)胞很可能通過突觸聯(lián)系調(diào)控NG2膠質(zhì)細(xì)胞的發(fā)育和功能，那么NG2膠質(zhì)細(xì)胞是否調(diào)控神經(jīng)細(xì)胞的功能？在特定神經(jīng)回路中神經(jīng)細(xì)胞-NG2膠質(zhì)細(xì)胞突觸更詳細(xì)的功能分析基礎(chǔ)上，產(chǎn)生了一些有趣的假設(shè)。

有一些關(guān)于NG2膠質(zhì)細(xì)胞上突觸前末梢的類型和起源的詳細(xì)研究。是突觸的輸入還是突觸前神經(jīng)細(xì)胞激活NG2膠質(zhì)細(xì)胞和其他神經(jīng)細(xì)胞，這個(gè)問題很重要，可以想象共享相同的突觸前輸入會(huì)增加NG2膠質(zhì)細(xì)胞和特定神經(jīng)細(xì)胞群體上同步的突觸后活動(dòng)的可能性。Mangin等[15]研究出生后3～21 d小鼠海馬齒狀回門區(qū)NG2膠質(zhì)細(xì)胞上突觸前末梢的起源，發(fā)現(xiàn)在灰質(zhì)NG2膠質(zhì)細(xì)胞與中間神經(jīng)細(xì)胞聯(lián)系密切。這種結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系反映這些細(xì)胞類型生理上的相互作用，包括門區(qū)中間神經(jīng)細(xì)胞和接受顆粒細(xì)胞和CA3區(qū)椎體神經(jīng)細(xì)胞興奮性輸入的NG2膠質(zhì)細(xì)胞。在門區(qū)NG2膠質(zhì)細(xì)胞，出生后前3周自發(fā)興奮性突觸后電流（spontaneous excitatory postsynaptic currents，sEPSCs）的頻率和幅度會(huì)增加；反之，sEPSCs增強(qiáng)和衰減的時(shí)間顯著縮短，表明NG2膠質(zhì)細(xì)胞上的谷氨酸能突觸經(jīng)歷一個(gè)成熟的過程并與同一時(shí)期對(duì)應(yīng)的神經(jīng)細(xì)胞相似。GABA能拮抗劑誘導(dǎo)的動(dòng)作電位在兩種細(xì)胞類型上同步發(fā)生，且振幅呈正相關(guān)。此外，氨甲酰膽堿增加的興奮性突觸后電流（excitatory postsynaptic current，EPSC）活動(dòng)，彼此靠得更近的細(xì)胞比相隔超過200 μm的細(xì)胞更容易表現(xiàn)出同步的EPSC。

大腦其他區(qū)域的研究顯示NG2膠質(zhì)細(xì)胞常與神經(jīng)細(xì)胞共享突觸前末梢。例如，在斜方體內(nèi)側(cè)核（medial nucleus of trapezoid body，MNTB），來自Held花萼（CoH）的谷氨酸能末端會(huì)與MNTB的一個(gè)主要的神經(jīng)細(xì)胞形成軸體突觸。在該區(qū)域，NG2膠質(zhì)細(xì)胞也接受來自CoH的興奮性輸入。然而，不同于神經(jīng)細(xì)胞接受谷氨酸能和GABA能輸入，NG2膠質(zhì)細(xì)胞只接受AMPA受體介導(dǎo)的突觸輸入[16]。與海馬齒狀回一樣，對(duì)神經(jīng)細(xì)胞和NG2膠質(zhì)細(xì)胞的同時(shí)記錄表明它們接受同步自發(fā)的輸入。另外發(fā)現(xiàn)小腦NG2膠質(zhì)細(xì)胞和浦肯野細(xì)胞也共享突觸前輸入，它們同時(shí)被攀緣纖維末端支配[9]。一個(gè)浦肯野細(xì)胞只與一個(gè)攀緣纖維聯(lián)系，而NG2膠質(zhì)細(xì)胞可接受多個(gè)攀緣纖維的輸入，使之能夠監(jiān)控并整合多個(gè)鄰近的浦肯野細(xì)胞產(chǎn)生的活動(dòng)。

NG2膠質(zhì)細(xì)胞不僅與神經(jīng)細(xì)胞同步活動(dòng)，也直接參與長時(shí)程增強(qiáng)（long-term potentiation，LTP）。神經(jīng)細(xì)胞-NG2膠質(zhì)細(xì)胞突觸也經(jīng)歷活動(dòng)依賴性的改變，相當(dāng)于神經(jīng)細(xì)胞興奮性突觸的LTP[17]。研究證實(shí)Schaffer側(cè)支和NG2膠質(zhì)細(xì)胞在大鼠海馬CAl區(qū)有活性依賴的可塑性。用theta低頻刺激（theta burst stimulation，TBS）刺激Schaffer側(cè)支引起NG2膠質(zhì)細(xì)胞的EPSCs持續(xù)增強(qiáng)，這個(gè)50%左右的EPSCs增強(qiáng)和在CA1區(qū)錐體神經(jīng)元上記錄到的LTP相似，而且只發(fā)生在Schaffer側(cè)支和CA1區(qū)NG2膠質(zhì)細(xì)胞的神經(jīng)細(xì)胞-NG2膠質(zhì)細(xì)胞突觸中。不同于神經(jīng)細(xì)胞-神經(jīng)細(xì)胞突觸，神經(jīng)細(xì)胞-NG2膠質(zhì)細(xì)胞突觸LTP的誘導(dǎo)和表達(dá)依賴于NG2膠質(zhì)細(xì)胞上Ca2+通透性AMPA受體的激活，這就意味著持續(xù)的興奮需要Ca2+的不斷內(nèi)流，但這種正反饋的機(jī)制還不是很清楚。NG2蛋白多糖可通過谷氨酸受體結(jié)合蛋白（glutamate receptor-interacting protein，GRIP）與突觸后AMPA受體結(jié)合，暗示在NG2膠質(zhì)細(xì)胞膜上NG2蛋白和AMPA受體的表達(dá)可能被共調(diào)控。因此，LTP可能被不同水平的NG2蛋白多糖調(diào)控。

NG2膠質(zhì)細(xì)胞通過NG2蛋白多糖參與周圍神經(jīng)細(xì)胞的雙向串?dāng)_，這有助于闡明NG2膠質(zhì)細(xì)胞在神經(jīng)細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)中的功能[18]。NG2蛋白被α-分泌酶ADAM10切割釋放細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域于細(xì)胞外基質(zhì)。藥理阻斷這一過程或敲除NG2基因?qū)е萝|體感覺皮質(zhì)錐體神經(jīng)細(xì)胞上NMDA和AMPA受體電流及NMDA依賴的LTP大量減少。同樣，NG2敲除小鼠也表現(xiàn)出異常的感覺運(yùn)動(dòng)功能。雖然，NG2蛋白細(xì)胞外功能區(qū)調(diào)控NMDA和AMPA受體電流的機(jī)制仍不能確定，但這揭示NG2膠質(zhì)細(xì)胞在調(diào)節(jié)突觸可塑性的新生理作用還可推測(cè)NG2膠質(zhì)細(xì)胞可能通過釋放因子影響突觸活動(dòng)來調(diào)控發(fā)育和成熟大腦的突觸網(wǎng)絡(luò)。

4 總結(jié)

NG2膠質(zhì)細(xì)胞上的突觸輸入可通過調(diào)節(jié)髓鞘形成進(jìn)而提高傳導(dǎo)速度來提高神經(jīng)回路的效率，并且神經(jīng)細(xì)胞-NG2膠質(zhì)細(xì)胞突觸具有可塑性。因此，本文概述NG2膠質(zhì)細(xì)胞上的受體表達(dá)以及神經(jīng)細(xì)胞與NG2膠質(zhì)細(xì)胞的突觸聯(lián)系和功能，對(duì)于闡明NG2膠質(zhì)細(xì)胞在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷修復(fù)中的作用，以及解釋學(xué)習(xí)和記憶的分子基礎(chǔ)具有重要意義。