アストロサイトの機能とシグナル伝達

アストロサイトは中枢神経系で最も豊富なグリア細胞であり、その主要な恒常性調節因子として機能します。これらはイオンと神経伝達物質のバランスを維持し、血液脳関門をサポートし、ニューロンに代謝基質を供給し、シナプス活動を調節します。損傷や疾患時には、反応性変化（総称してアストログリオーシスと呼ばれる）を起こし、周囲の組織を保護することもあれば、害を及ぼすこともあります。

Definition

アストロサイトは、中枢神経系の星形グリア細胞であり、細胞外環境を調節し、血液脳関門とニューロンの代謝をサポートし、シナプス伝達を調節し、損傷や炎症に応答して反応性状態（反応性アストログリオーシス）をとります。

Scope

このトピックでは、アストロサイトの恒常性およびシグナル伝達機能、血管界面およびシナプスへの寄与、ならびに損傷および炎症に応答して取る反応性状態のスペクトルについて扱います。アストロサイトを臨床的標的としてではなく、神経科学および神経免疫学における細胞学的トピックとして扱います。

Core questions

• アストロサイトはどのようにしてイオン、神経伝達物質、および代謝の恒常性を維持するのでしょうか？
• アストロサイトはニューロンやシナプスとどのように相互作用するのでしょうか？
• 反応性アストログリオーシスは何によって引き起こされ、その結果はどうなるのでしょうか？
• アストロサイトは血液脳関門と神経血管単位にどのように貢献しているのでしょうか？

Key concepts

• アストログリア
• カリウムおよびグルタミン酸緩衝作用
• グルタミン酸-グルタミンサイクル
• 三者シナプス
• アストロサイト終足と血管界面
• 反応性アストログリオーシス
• 神経毒性および神経保護的反応性状態
• ニューロンの代謝サポート

Mechanisms

アストロサイトは、シナプスを包み込み、特殊な終足（endfeet）を介して血管に接触する突起を伸ばします。これらは過剰な細胞外カリウムと神経伝達物質であるグルタミン酸を取り込み、後者をグルタミン酸-グルタミンサイクルを介して再利用し、ニューロンに代謝基質を供給します。その終足は、内皮細胞における血液脳関門の特性を誘導および維持するのに役立ちます。損傷または炎症刺激の後、アストロサイトは形態と遺伝子発現を変化させて反応性になります。このアストログリオーシスは損傷を遮断し修復をサポートすることができますが、活性化ミクログリアからのシグナルによって部分的に誘導される特定の反応性状態は神経毒性を示す可能性があります。

Clinical relevance

アストロサイトの機能不全と不適応な反応性状態は、神経変性、神経炎症、および中枢神経系損傷への応答に関与しており、アストロサイトはメカニズム的および治療的研究の焦点としてますます注目されています。この項目は教育的なものであり、個別の診断や治療の指針を提供するものではなく、生物学とエビデンスを記述しています。

History

19世紀に組織学者によってその星形にちなんで名付けられたアストロサイトは、長らく主に構造的サポートとして見なされていました。その後の研究により、カリウムおよびグルタミン酸の緩衝作用、代謝サポート、およびバリア特性の誘導における役割が確立されました。三者シナプスの概念は、神経伝達におけるその積極的な役割を強調し、より最近の研究では、活性化ミクログリアが神経毒性反応性アストロサイトを誘導しうるという発見を含め、反応性アストログリオーシスが詳細に分析されました。

Debates

反応性アストログリオーシスは有益か有害か？

反応性アストロサイトは損傷の拡大を制限し修復をサポートすることができますが、一部の反応性状態は神経毒性を示します。正味の効果が助けになるか害になるかは、状況、誘導シグナル、および疾患の状況に依存し、この分野では反応性を一様に良いものまたは悪いものとして扱うことに対して注意を促しています。

Key figures

• Michael Sofroniew
• Ben Barres
• Shane Liddelow
• N. Joan Abbott

Seminal works

• sofroniew-2010
• barres-2008
• liddelow-2017

Frequently asked questions

「三者シナプス」とは何ですか？

これは、シナプスが機能的に、前シナプスニューロンと後シナプスニューロンだけでなく、周囲のアストロサイト突起も関与し、それがシナプスシグナル伝達を感知し調節するという概念です。

すべての反応性アストロサイトは同じですか？

いいえ。反応性アストログリオーシスは、誘導シグナルと状況に応じて、異なる遺伝子発現プロファイルと機能を持つさまざまな状態を包含し、一部は修復をサポートし、他は潜在的に神経毒性を示します。