微型化雙光子顯微成像助力揭示星形膠質(zhì)細(xì)胞在缺血性卒中的神經(jīng)機(jī)制
為了進(jìn)一步解析星形膠質(zhì)細(xì)胞在缺血性卒中的神經(jīng)機(jī)制，解析微區(qū)域鈣瞬變對于缺血性卒中的調(diào)控，作者利用超維景自主研發(fā)的高分辨型微型化雙光子顯微鏡（FHIRM-HR），實現(xiàn)了自由行為下皮層星形膠質(zhì)細(xì)胞的成像。
2024年10月23日，東南大學(xué)姚紅紅團(tuán)隊在國際著名期刊Advanced Science上發(fā)表題為“Membrane Associated RNA-Containing Vesicles Regulate Cortical Astrocytic Microdomain Calcium Transients in Awake Ischemic Stroke Mice”的研究論文。利用微型化雙光子成像技術(shù)等研究手段，發(fā)現(xiàn)缺血性卒中后星形膠質(zhì)細(xì)胞微區(qū)域鈣瞬變顯著降低，并受到一種包含RNA的細(xì)胞內(nèi)囊泡（MARVs）調(diào)控。
作者首先利用微型化雙光子顯微鏡觀察到卒中后星形膠質(zhì)細(xì)胞在形態(tài)上的變化，卒中后第一天，同一視野內(nèi)的星形膠質(zhì)細(xì)胞的面積縮小、星形膠質(zhì)細(xì)胞突起的熒光面積縮小、胞體和星形膠質(zhì)細(xì)胞面積比率增加。然而，在卒中晚期，星形膠質(zhì)細(xì)胞胞體變小，胞體面積比率降低，星形膠質(zhì)細(xì)胞形態(tài)逐漸恢復(fù)到卒中前的狀態(tài)（圖1）。
圖1. 卒中后，星形膠質(zhì)細(xì)胞微區(qū)域形態(tài)的動態(tài)變化
接下來，作者進(jìn)一步利用微型化雙光子顯微鏡和腺相關(guān)病毒特異性標(biāo)記星形膠質(zhì)細(xì)胞鈣信號，證實了在清醒的缺血性卒中小鼠梗死周圍區(qū)星形膠質(zhì)細(xì)胞Ca2+ 瞬變顯著下降，并且這種下降是由星形膠質(zhì)細(xì)胞微區(qū)域 Ca2+ 瞬變減少引起的，而不是胞體 Ca2+ 瞬變減少引起的（圖2）。此外，在缺血性卒中小鼠自由運動期間，對星形膠質(zhì)細(xì)胞微區(qū)域鈣瞬變的實時監(jiān)測表明，星形膠質(zhì)細(xì)胞微區(qū)域鈣瞬變的減少與行為缺陷同步發(fā)生（圖3）。
圖2. 清醒缺血性卒中小鼠的星形膠質(zhì)細(xì)胞微區(qū) Ca2+ 瞬變減少
圖3. 在感覺運動功能受損的缺血性卒中小鼠中，星形膠質(zhì)細(xì)胞微區(qū) Ca2+ 瞬變在自由行為期間減弱
進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，DDX1與circSCMH1結(jié)合，促進(jìn)鈣離子從MARVs到線粒體的轉(zhuǎn)運，調(diào)控星形膠質(zhì)細(xì)胞微區(qū)域鈣瞬變。而特異性下調(diào)星形膠質(zhì)細(xì)胞的DDX1表達(dá)，能夠抑制MARVs的形成，減少微區(qū)域鈣瞬變，并阻礙缺血性卒中后腦功能修復(fù)。
圖4. 圖片摘要
該團(tuán)隊的研究結(jié)果將有助于加深對星形膠質(zhì)細(xì)胞微區(qū) Ca2+ 信號及其與神經(jīng)系統(tǒng)疾病相關(guān)性的了解。作者的研究結(jié)果為卒中機(jī)制提供了重要見解，并為后續(xù)研究奠定了基礎(chǔ)，旨在揭示星形膠質(zhì)細(xì)胞參與大腦功能和病理的復(fù)雜性，并為治療缺血性卒中的藥物研發(fā)提供了新思路。
【參考文獻(xiàn)】
Zhou, Z., Y. Bai, X. Gu, H. Ren, W. Xi, Y. Wang, et al. (2024) Membrane Associated RNA-Containing Vesicles Regulate Cortical Astrocytic Microdomain Calcium Transients in Awake Ischemic Stroke Mice. Adv Sci (Weinh), e2404391.doi: 10.1002/advs.202404391
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