微型化双光子显微成像助力揭示星形胶质细胞在缺血性卒中的神经机制
2025-05-14 来源:本站 点击次数:42
缺血性卒中作为我国成年人致死和致残的首要原因，其基本病理机制之一是神经血管单元功能失调，神经血管单元是中枢神经系统结构和功能的基本组成单位。生理状态下，神经血管单元中的各类型细胞被星形胶质细胞伸出的众多复杂突起连接。近年的研究发现，星形胶质细胞通过各类突起接收、整合、处理神经血管单元中的多种类型信息，形成微区域功能中心。其中的钙瞬变对这些突起功能调节至关重要。然而，对缺血性卒中时微区域钙瞬变的变化特征和调节机制了解有限。
为了进一步解析星形胶质细胞在缺血性卒中的神经机制，解析微区域钙瞬变对于缺血性卒中的调控，作者利用超维景自主研发的高分辨型微型化双光子显微镜（FHIRM-HR），实现了自由行为下皮层星形胶质细胞的成像。
2024年10月23日，东南大学姚红红团队在国际著名期刊Advanced Science上发表题为“Membrane Associated RNA-Containing Vesicles Regulate Cortical Astrocytic Microdomain Calcium Transients in Awake Ischemic Stroke Mice”的研究论文。利用微型化双光子成像技术等研究手段，发现缺血性卒中后星形胶质细胞微区域钙瞬变显著降低，并受到一种包含RNA的细胞内囊泡（MARVs）调控。
作者首先利用微型化双光子显微镜观察到卒中后星形胶质细胞在形态上的变化，卒中后第一天，同一视野内的星形胶质细胞的面积缩小、星形胶质细胞突起的荧光面积缩小、胞体和星形胶质细胞面积比率增加。然而，在卒中晚期，星形胶质细胞胞体变小，胞体面积比率降低，星形胶质细胞形态逐渐恢复到卒中前的状态（图1）。
图1. 卒中后，星形胶质细胞微区域形态的动态变化
图3. 在感觉运动功能受损的缺血性卒中小鼠中，星形胶质细胞微区 Ca2+ 瞬变在自由行为期间减弱
为了进一步解析星形胶质细胞在缺血性卒中的神经机制，解析微区域钙瞬变对于缺血性卒中的调控，作者利用超维景自主研发的高分辨型微型化双光子显微镜（FHIRM-HR），实现了自由行为下皮层星形胶质细胞的成像。
2024年10月23日，东南大学姚红红团队在国际著名期刊Advanced Science上发表题为“Membrane Associated RNA-Containing Vesicles Regulate Cortical Astrocytic Microdomain Calcium Transients in Awake Ischemic Stroke Mice”的研究论文。利用微型化双光子成像技术等研究手段，发现缺血性卒中后星形胶质细胞微区域钙瞬变显著降低，并受到一种包含RNA的细胞内囊泡（MARVs）调控。
作者首先利用微型化双光子显微镜观察到卒中后星形胶质细胞在形态上的变化，卒中后第一天，同一视野内的星形胶质细胞的面积缩小、星形胶质细胞突起的荧光面积缩小、胞体和星形胶质细胞面积比率增加。然而，在卒中晚期，星形胶质细胞胞体变小，胞体面积比率降低，星形胶质细胞形态逐渐恢复到卒中前的状态（图1）。
图1. 卒中后，星形胶质细胞微区域形态的动态变化
接下来，作者进一步利用微型化双光子显微镜和腺相关病毒特异性标记星形胶质细胞钙信号，证实了在清醒的缺血性卒中小鼠梗死周围区星形胶质细胞Ca2+ 瞬变显著下降，并且这种下降是由星形胶质细胞微区域 Ca2+ 瞬变减少引起的，而不是胞体 Ca2+ 瞬变减少引起的（图2）。此外，在缺血性卒中小鼠自由运动期间，对星形胶质细胞微区域钙瞬变的实时监测表明，星形胶质细胞微区域钙瞬变的减少与行为缺陷同步发生（图3）。
图2. 清醒缺血性卒中小鼠的星形胶质细胞微区 Ca2+ 瞬变减少
图3. 在感觉运动功能受损的缺血性卒中小鼠中，星形胶质细胞微区 Ca2+ 瞬变在自由行为期间减弱
进一步的研究发现，DDX1与circSCMH1结合，促进钙离子从MARVs到线粒体的转运，调控星形胶质细胞微区域钙瞬变。而特异性下调星形胶质细胞的DDX1表达，能够抑制MARVs的形成，减少微区域钙瞬变，并阻碍缺血性卒中后脑功能修复。
图4. 图片摘要
该团队的研究结果将有助于加深对星形胶质细胞微区 Ca2+ 信号及其与神经系统疾病相关性的了解。作者的研究结果为卒中机制提供了重要见解，并为后续研究奠定了基础，旨在揭示星形胶质细胞参与大脑功能和病理的复杂性，并为治疗缺血性卒中的药物研发提供了新思路。
【参考文献】
Zhou, Z., Y. Bai, X. Gu, H. Ren, W. Xi, Y. Wang, et al. (2024) Membrane Associated RNA-Containing Vesicles Regulate Cortical Astrocytic Microdomain Calcium Transients in Awake Ischemic Stroke Mice. Adv Sci (Weinh), e2404391.doi: 10.1002/advs.202404391
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