重庆大学医学院神经智能研究中心覃涵、廖祥团队与陆医大张宽团队建立自由清醒小鼠大脑星形胶质细胞活动记录方法

2020年12月3日，重庆大学医学院神经智能研究中心覃涵、廖祥团队联合陆军军医大学基础医学院脑科学研究室张宽团队在Frontiers in Cellular Neuroscience杂志发表标题为Monitoring Astrocytic Ca²⁺Activity in Freely Behaving Mice的文章（链接：https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fncel.2020.603095/full），建立了自由活动小鼠大脑星形胶质细胞Ca²⁺活动记录方法，为研究大脑胶质细胞的行为学功能提供了关键技术。

星形胶质细胞广泛分布于哺乳动物大脑，最初被认为是将神经元粘合在一起的“胶水”。越来越多研究证实，星形胶质细胞可参与到神经回路和认知行为的调控中¹。尽管星形胶质细胞不具备电兴奋性，但其显示出了复杂的胞内Ca²⁺信号。这些信号与动物的各种行为和认知功能密切相关，并在神经疾病中会发生紊乱^2,3。进一步研究证实，星形胶质细胞可通过增加胞内Ca²⁺浓度，释放“胶质递质”，来调控周围神经元的活动^4,5。所以，星形胶质细胞Ca²⁺活动记录对解析大脑星形胶质细胞生理病理机制十分关键。

活体动物星形胶质细胞Ca²⁺信号记录之前多集中于利用双光子或大视野成像技术对麻醉或头部固定动物进行记录^6-8。但麻醉或束缚应激会明显干扰活体动物星形胶质细胞Ca²⁺活动⁹，且不适用于多种行为和认知功能研究（例如，社交、交配、亲代抚育及空间学习等）。该研究采用光纤记录（optic fiber recordings）联合基因编码Ca²⁺指示剂（genetically encoded Ca²⁺indicators，GECIs）的方法，对自由活动小鼠大脑星形胶质细胞Ca²⁺活动进行了记录。研究证实该方法可特异性地记录星形胶质细胞Ca²⁺活动，且无运动噪声干扰。另外，该方法在自由活动小鼠大脑皮层及海马部位也可稳定地记录到由运动或足底电击诱发的星形胶质细胞Ca²⁺信号。最后，本研究证实该方法还适用于长达数周的星形胶质细胞Ca²⁺信号慢性记录研究。综上，该工作为在自由活动的动物大脑皮层及皮层下部位，特异、稳定、长期地记录星形胶质细胞Ca²⁺信号提供了有力的技术支撑。该研究得到科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持。

参考文献：

1 Shigetomi, E., Patel, S. & Khakh, B. S. Probing the Complexities of Astrocyte Calcium Signaling. Trends in cell biology 26, 300-312, doi:10.1016/j.tcb.2016.01.003 (2016).

2 Halassa, M. M. & Haydon, P. G. Integrated brain circuits: astrocytic networks modulate neuronal activity and behavior. Annual review of physiology 72, 335-355, doi:10.1146/annurev-physiol-021909-135843 (2010).

3 Santello, M., Toni, N. & Volterra, A. Astrocyte function from information processing to cognition and cognitive impairment. Nature neuroscience 22, 154-166, doi:10.1038/s41593-018-0325-8 (2019).

4 Zhang, K. & Chen, X. Sensory response in host and engrafted astrocytes of adult brain in Vivo. Glia 65, 1867-1884, doi:10.1002/glia.23181 (2017).

5 Haydon, P. G. & Nedergaard, M. How do astrocytes participate in neural plasticity? Cold Spring Harbor perspectives in biology 7, a020438, doi:10.1101/cshperspect.a020438 (2014).

6 Oe, Y. et al. Distinct temporal integration of noradrenaline signaling by astrocytic second messengers during vigilance. Nature communications 11, 471, doi:10.1038/s41467-020-14378-x (2020).

7 Paukert, M. et al. Norepinephrine controls astroglial responsiveness to local circuit activity. Neuron 82, 1263-1270, doi:10.1016/j.neuron.2014.04.038 (2014).

8 Daniel, A. G., Laffont, P., Zhao, M., Ma, H. & Schwartz, T. H. Optical electrocorticogram (OECoG) using wide-field calcium imaging reveals the divergence of neuronal and glial activity during acute rodent seizures. Epilepsy & behavior : E&B 49, 61-65, doi:10.1016/j.yebeh.2015.04.036 (2015).

9 Thrane, A. S. et al. General anesthesia selectively disrupts astrocyte calcium signaling in the awake mouse cortex. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 109, 18974-18979, doi:10.1073/pnas.1209448109 (2012).