การทำงานและการส่งสัญญาณของแอสโทรไซต์

แอสโทรไซต์เป็นเซลล์เกลียที่พบมากที่สุดในระบบประสาทส่วนกลาง และทำหน้าที่เป็นตัวควบคุมภาวะธำรงดุลหลัก โดยจะรักษาสมดุลของไอออนและสารสื่อประสาท สนับสนุนภาวะเลือด-สมอง (blood-brain barrier) จัดหาเมแทบอไลต์ให้แก่เซลล์ประสาท และปรับการทำงานของไซแนปส์ ในภาวะบาดเจ็บและโรค แอสโทรไซต์จะมีการเปลี่ยนแปลงแบบปฏิกิริยา ซึ่งเรียกรวมกันว่า แอสโทรไกลโอซิส (astrogliosis) ซึ่งสามารถทั้งปกป้องและทำลายเนื้อเยื่อรอบข้างได้

Definition

แอสโทรไซต์เป็นเซลล์เกลียรูปดาวในระบบประสาทส่วนกลางที่ควบคุมสภาพแวดล้อมภายนอกเซลล์ สนับสนุนภาวะเลือด-สมองและการเผาผลาญของเซลล์ประสาท ปรับการส่งสัญญาณไซแนปส์ และแสดงออกถึงสภาวะปฏิกิริยา (reactive astrogliosis) เพื่อตอบสนองต่อการบาดเจ็บและการอักเสบ

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงหน้าที่ของแอสโทรไซต์ในการธำรงดุลและการส่งสัญญาณ การมีส่วนร่วมของแอสโทรไซต์ในส่วนเชื่อมต่อกับหลอดเลือดและไซแนปส์ และสภาวะปฏิกิริยาที่หลากหลายที่แอสโทรไซต์แสดงออกเพื่อตอบสนองต่อการบาดเจ็บและการอักเสบ โดยจะพิจารณาแอสโทรไซต์ในฐานะหัวข้อทางเซลล์วิทยาในสาขาประสาทวิทยาและประสาทภูมิคุ้มกันวิทยา มากกว่าที่จะเป็นเป้าหมายทางคลินิก

Core questions

• แอสโทรไซต์รักษาสมดุลของไอออน สารสื่อประสาท และเมแทบอลิซึมได้อย่างไร?
• แอสโทรไซต์มีปฏิสัมพันธ์กับเซลล์ประสาทและไซแนปส์อย่างไร?
• อะไรเป็นตัวกระตุ้นแอสโทรไกลโอซิสแบบปฏิกิริยา และผลที่ตามมาคืออะไร?
• แอสโทรไซต์มีส่วนช่วยในภาวะเลือด-สมองและหน่วยหลอดเลือดประสาท (neurovascular unit) อย่างไร?

Key concepts

• แอสโทรเกลีย
• การบัฟเฟอร์โพแทสเซียมและกลูตาเมต
• วัฏจักรกลูตาเมต-กลูตามีน
• ไซแนปส์สามส่วน
• ส่วนปลายของแอสโทรไซต์ (Astrocyte endfeet) และส่วนเชื่อมต่อกับหลอดเลือด
• แอสโทรไกลโอซิสแบบปฏิกิริยา
• สภาวะปฏิกิริยาที่เป็นพิษต่อเซลล์ประสาทและปกป้องเซลล์ประสาท
• การสนับสนุนเมแทบอลิซึมของเซลล์ประสาท

Mechanisms

แอสโทรไซต์จะยื่นส่วนยื่นออกไปหุ้มไซแนปส์และสัมผัสกับหลอดเลือดผ่านส่วนปลายพิเศษที่เรียกว่า endfeet โดยจะดูดซับโพแทสเซียมส่วนเกินนอกเซลล์และสารสื่อประสาทกลูตาเมต และนำกลูตาเมตกลับมาใช้ใหม่ผ่านวัฏจักรกลูตาเมต-กลูตามีน (glutamate-glutamine cycle) และจัดหาเมแทบอไลต์ให้แก่เซลล์ประสาท ส่วนปลายของแอสโทรไซต์ (endfeet) ช่วยกระตุ้นและรักษาสมบัติของภาวะเลือด-สมองในเซลล์บุผนังหลอดเลือด หลังจากการบาดเจ็บหรือการกระตุ้นการอักเสบ แอสโทรไซต์จะกลายเป็นเซลล์ปฏิกิริยา โดยมีการเปลี่ยนแปลงสัณฐานวิทยาและการแสดงออกของยีน การเกิดแอสโทรไกลโอซิสนี้สามารถกั้นความเสียหายและสนับสนุนการซ่อมแซมได้ แต่สภาวะปฏิกิริยาบางอย่าง ซึ่งถูกกระตุ้นบางส่วนโดยสัญญาณจากไมโครเกลียที่ถูกกระตุ้น อาจเป็นพิษต่อเซลล์ประสาทได้

Clinical relevance

ความผิดปกติของแอสโทรไซต์และสภาวะปฏิกิริยาที่ไม่เหมาะสมมีส่วนเกี่ยวข้องกับการเสื่อมของระบบประสาท การอักเสบของระบบประสาท และการตอบสนองต่อการบาดเจ็บของระบบประสาทส่วนกลาง ทำให้แอสโทรไซต์เป็นจุดสนใจที่เพิ่มขึ้นของการวิจัยเชิงกลไกและการบำบัดรักษา ข้อมูลนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อการศึกษา โดยอธิบายชีววิทยาและหลักฐานต่างๆ มากกว่าที่จะให้คำแนะนำในการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล

History

แอสโทรไซต์ถูกอธิบายครั้งแรกในศตวรรษที่สิบเก้าโดยนักเนื้อเยื่อวิทยาที่ตั้งชื่อตามรูปร่างคล้ายดาวของมัน และถูกมองว่าเป็นเพียงโครงสร้างค้ำจุนมาเป็นเวลานาน งานวิจัยต่อมาได้ยืนยันบทบาทของแอสโทรไซต์ในการบัฟเฟอร์โพแทสเซียมและกลูตาเมต การสนับสนุนการเผาผลาญ และการกระตุ้นคุณสมบัติของภาวะเลือด-สมอง แนวคิดของไซแนปส์สามส่วน (tripartite synapse) ได้เน้นย้ำถึงบทบาทที่กระตือรือร้นของแอสโทรไซต์ในการส่งสัญญาณประสาท และการศึกษาล่าสุดได้วิเคราะห์แอสโทรไกลโอซิสแบบปฏิกิริยา รวมถึงการค้นพบว่าไมโครเกลียที่ถูกกระตุ้นสามารถกระตุ้นให้เกิดแอสโทรไซต์ปฏิกิริยาที่เป็นพิษต่อเซลล์ประสาทได้

Debates

แอสโทรไกลโอซิสแบบปฏิกิริยามีประโยชน์หรือเป็นอันตราย?

แอสโทรไซต์ปฏิกิริยาสามารถจำกัดการแพร่กระจายของความเสียหายและสนับสนุนการซ่อมแซมได้ แต่สภาวะปฏิกิริยาบางอย่างก็เป็นพิษต่อเซลล์ประสาท ไม่ว่าผลสุทธิจะเป็นประโยชน์หรือเป็นอันตรายขึ้นอยู่กับบริบท สัญญาณที่กระตุ้น และภาวะของโรค และวงการวิชาการเตือนว่าไม่ควรถือว่าปฏิกิริยาเป็นสิ่งที่ดีหรือเลวโดยรวม

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

อะไรคือ 'ไซแนปส์สามส่วน'?

เป็นแนวคิดที่ว่าไซแนปส์เกี่ยวข้องกับการทำงานไม่เพียงแค่เซลล์ประสาทก่อนไซแนปส์และหลังไซแนปส์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงส่วนยื่นของแอสโทรไซต์ที่อยู่รอบๆ ซึ่งรับรู้และปรับการส่งสัญญาณไซแนปส์ด้วย

แอสโทรไซต์ปฏิกิริยาทั้งหมดเหมือนกันหรือไม่?

ไม่ แอสโทรไกลโอซิสแบบปฏิกิริยาครอบคลุมสภาวะต่างๆ ที่มีรูปแบบการแสดงออกของยีนและหน้าที่แตกต่างกันไป บางชนิดสนับสนุนการซ่อมแซม และบางชนิดอาจเป็นพิษต่อเซลล์ประสาท ขึ้นอยู่กับสัญญาณที่กระตุ้นและบริบท