Функция и сигнализация астроцитов

Астроциты являются наиболее многочисленными глиальными клетками центральной нервной системы и служат ее основными гомеостатическими регуляторами. Они поддерживают ионный и нейромедиаторный баланс, поддерживают гематоэнцефалический барьер, поставляют метаболические субстраты нейронам и модулируют синаптическую активность. При травмах и заболеваниях они претерпевают реактивные изменения — в совокупности называемые астроглиозом — которые могут как защищать, так и повреждать окружающие ткани.

Definition

Астроциты — это звездообразные глиальные клетки центральной нервной системы, которые регулируют внеклеточную среду, поддерживают гематоэнцефалический барьер и метаболизм нейронов, модулируют синаптическую передачу и принимают реактивные состояния (реактивный астроглиоз) в ответ на травмы и воспаления.

Scope

Эта тема охватывает гомеостатические и сигнальные функции астроцитов, их вклад в сосудистый интерфейс и синапс, а также спектр реактивных состояний, которые они принимают в ответ на травмы и воспаления. Она рассматривает астроциты как клеточную тему в нейронауках и нейроиммунологии, а не как клиническую мишень.

Core questions

• Как астроциты поддерживают ионный, нейромедиаторный и метаболический гомеостаз?
• Как астроциты взаимодействуют с нейронами и синапсами?
• Что вызывает реактивный астроглиоз и каковы его последствия?
• Как астроциты способствуют формированию гематоэнцефалического барьера и нейроваскулярной единицы?

Key concepts

• Астроглия
• Буферизация калия и глутамата
• Глутамат-глутаминовый цикл
• Трипартитный синапс
• Концевые ножки астроцитов и сосудистый интерфейс
• Реактивный астроглиоз
• Нейротоксические и нейропротекторные реактивные состояния
• Метаболическая поддержка нейронов

Mechanisms

Астроциты образуют отростки, которые охватывают синапсы и контактируют с кровеносными сосудами через специализированные концевые ножки. Они поглощают избыток внеклеточного калия и нейромедиатора глутамата, перерабатывая последний через глутамат-глутаминовый цикл, и снабжают нейроны метаболическими субстратами. Их концевые ножки помогают индуцировать и поддерживать свойства гематоэнцефалического барьера в эндотелиальных клетках. После травмы или воспалительной стимуляции астроциты становятся реактивными, изменяя морфологию и экспрессию генов; этот астроглиоз может отграничивать повреждение и поддерживать восстановление, но определенные реактивные состояния, индуцированные, в частности, сигналами от активированных микроглий, могут быть нейротоксичными.

Clinical relevance

Дисфункция астроцитов и дезадаптивные реактивные состояния вовлечены в нейродегенерацию, нейровоспаление и реакции на повреждение центральной нервной системы, что делает астроциты растущим объектом механистических и терапевтических исследований. Эта статья носит образовательный характер, описывая биологию и доказательства, а не предлагая индивидуальные диагностические или лечебные рекомендации.

History

Описанные в девятнадцатом веке гистологами, которые назвали их за звездообразную форму, астроциты долгое время рассматривались в основном как структурная поддержка. Более поздние работы установили их роль в буферизации калия и глутамата, метаболической поддержке и индукции барьерных свойств. Концепция трипартитного синапса подчеркнула их активную роль в нейротрансмиссии, а более поздние исследования проанализировали реактивный астроглиоз, включая открытие того, что активированные микроглии могут индуцировать нейротоксичные реактивные астроциты.

Debates

Является ли реактивный астроглиоз полезным или вредным?

Реактивные астроциты могут ограничивать распространение повреждений и поддерживать восстановление, однако некоторые реактивные состояния являются нейротоксичными; является ли чистый эффект полезным или вредным, зависит от контекста, индуцирующих сигналов и условий заболевания, и в этой области предостерегают от рассмотрения реактивности как однозначно хорошей или плохой.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Что такое «трипартитный синапс»?

Это концепция, согласно которой синапс функционально включает не только пресинаптический и постсинаптический нейроны, но и окружающий отросток астроцита, который воспринимает и модулирует синаптическую сигнализацию.

Все ли реактивные астроциты одинаковы?

Нет. Реактивный астроглиоз охватывает ряд состояний с различными профилями экспрессии генов и функциями, некоторые из которых поддерживают восстановление, а другие потенциально нейротоксичны, в зависимости от индуцирующих сигналов и контекста.