Neuron：被孤立的影响有多大？海马环路中星形胶质细胞的抑制
社会经验对于发展和维持高阶大脑功能至关重要。社交剥夺会导致认知缺陷，细胞研究主要集中于相关的神经元失调。尽管我们理解社会经验在大脑发育过程中的重要性，但这些环境输入如何塑造认知大脑回路仍不清楚。星形胶质细胞通过缓冲和释放一系列作用于突触的神经活性物质，在神经传递中发挥着核心作用。但社交剥夺对星形胶质细胞功能的影响尚不清楚。
近日，美国贝勒医学院癌症神经科学中心Benjamin Deneen实验室在Neuron发表研究，发现受到社会隔离的幼年小鼠海马星形胶质细胞表现出Ca2+活性增加和基因表达的整体变化。
1、社交剥夺增强星形胶质细胞Ca2+活性
为了了解社交剥夺对星形胶质细胞生物学的影响，研究人员将刚断奶的Aldh1l1-GFP报告小鼠（P21）置于群居（GH）或单独（SH）条件下4周[Fig.1A]。分析显示Sox9和Aldh11-GFP表达细胞的数量没有变化，表明所有分析区域的星形胶质细胞总数没有变化。评估GFAP的表达发现在SH条件下海马CA1中显著上调[Fig.1B,C]。同时，SH条件下小鼠攻击性增加，自发活动增加，一些焦虑相关行为轻微增加。还观察到长期空间记忆和联想记忆（恐惧条件）中的特定缺陷。此外，SH中星形胶质细胞自发Ca2+反应的幅度、频率和曲线下面积（AUC）均显著增加[Fig.1E]。
Figure 1 社交剥夺改变海马星形胶质细胞的性质
2、TRPA1调节社会剥夺诱导的Ca2+
社交剥夺后引起海马星形胶质细胞中Ca2+活性变化的分子机制是什么？研究人员对GH或SH条件下4周后FACS分离的海马星形胶质细胞进行单细胞测序。首先发现SH不改变星形胶质细胞亚型身份（包括Sparcl1、Gja1、Prdx6、Gfap、Cd9和Egr1）[Fig.2A]。随后通过差异表达基因（DEG）确定了在SH星形胶质中表现出上调的几个重要细胞通路，包括突触、结构和Ca2+信号通路[Fig.2B]，并进一步确定TRP通道信号在SH星形胶质细胞中也显著上调。且通过TRP1选择性拮抗剂HC处理，发现能够逆转SH组海马CA1星形胶质细胞中Ca2+活性总体下降[Fig.2D]。表明，社交剥夺导致星形胶质细胞中TRPA1的上调，而TRPA1活性的增加有助于在SH条件下增强海马星形胶质细胞的Ca2+活性。
Figure 2 社交剥夺后星形胶质细胞TRPA1表达增加
3、抑制TRPA1可挽救社交剥夺后的记忆缺陷
接下来，研究人员通过LTP检测了社交剥夺后TRPA1在海马回路功能中的作用。研究发现在GH条件下，HC处理抑制LTP。而在SH条件下，HC处理则增加了LTP[Fig.3A-C]。说明TRPA1在海马星形胶质细胞中具有环境特异性作用，在GH条件下促进LTP，而在SH条件下抑制LTP。最后，发现HC处理也能使SH组的新事物认知表现恢复到与GH相当的水平[Fig.3D,E]，即TRPA1在海马回路中的作用是由社会经验所塑造。
Figure 3 抑制TRPA1恢复海马回路功能
4、星形胶质细胞特异性敲除TRPA1可恢复学习和记忆
为了检测TRPA1在星形胶质细胞中的特异性作用，研究人员采用基于Cre依赖性CRISPR的方法从海马星形胶质细胞中将其敲除[Fig.4A,B]。行为学分析，发现来自Cas9/Cre+sgRNA的GH小鼠表现出新事物认知性能降低，而来自Cas9/Cre+sgRNA的SH小鼠表现出与来自GH条件队列相当的认知水平[Fig.4D,E]。
Figure 4 星形胶质细胞特异性缺失TRPA1挽救社会剥夺后海马回路功能
5、社交剥夺后Best1敲除恢复海马回路功能
星形胶质细胞TRPA1缺失后是如何恢复社交剥夺后海马回路功能的，研究人员通过之前的单细胞测序发现GABA合成途径中的酶在SH后的星形胶质细胞中高度表达，单胺氧化酶B（Maob）在SH星形胶质细胞亚群中表达上调。而该现象又是依赖于TRPA1的，说明TRPA1介导星形胶质细胞GABA的增加释放。
Bestrophin-1（Best1）是一种Ca2+激活的Cl通道，负责星形胶质细胞释放GABA。研究人员发现，海马星形胶质细胞中Best1的敲低抑制了SH后星形胶质细胞紧张性GABA的释放[Fig.5]。
Figure 5 社交剥夺后敲除Best1可恢复海马回路功能
总结
本研究表明，社交剥夺导致星形胶质细胞基因表达和Ca2+活性的广泛变化，其中值得关注的是TRPA1和GABA合成途径关键成分的表达增加，并发现抑制TRPA1在社交剥夺后可恢复海马回路功能和空间记忆。
总之，该研究揭示了社会环境（社交活动）如何影响星形胶质细胞的生理学，并确定了TRPA1-GABA信号在海马星形胶质细胞中的特定作用。
参考文献：
Cheng, Yi-Ting et al. “Social deprivation induces astrocytic TRPA1-GABA suppression of hippocampal circuits.”Neuron, S0896-6273(23)00039-9. 7 Feb. 2023, doi:10.1016/j.neuron.2023.01.015
编译作者：Young（brainnews创作团队）
校审：Simon（brainnews编辑部）
