微型化雙光子顯微成像助力揭示星形膠質細胞在缺血性卒中的神經機制
缺血性卒中作為我國成年人致死和致殘的首要原因，其基本病理機制之一是神經血管單元功能失調，神經血管單元是中樞神經系統結構和功能的基本組成單位。生理狀態下，神經血管單元中的各類型細胞被星形膠質細胞伸出的眾多復雜突起連接。近年的研究發現，星形膠質細胞通過各類突起接收、整合、處理神經血管單元中的多種類型信息，形成微區域功能中心。其中的鈣瞬變對這些突起功能調節至關重要。然而，對缺血性卒中時微區域鈣瞬變的變化特征和調節機制了解有限。
為了進一步解析星形膠質細胞在缺血性卒中的神經機制，解析微區域鈣瞬變對于缺血性卒中的調控，作者利用超維景自主研發的高分辨型微型化雙光子顯微鏡（FHIRM-HR），實現了自由行為下皮層星形膠質細胞的成像。
2024年10月23日，東南大學姚紅紅團隊在國際著名期刊Advanced Science上發表題為“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等研究手段，發現缺血性卒中后星形膠質細胞微區域鈣瞬變顯著降低，并受到一種包含RNA的細胞內囊泡（MARVs）調控。
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細胞在形態上的變化，卒中后第一天，同一視野內的星形膠質細胞的面積縮小、星形膠質細胞突起的熒光面積縮小、胞體和星形膠質細胞面積比率增加。然而，在卒中晚期，星形膠質細胞胞體變小，胞體面積比率降低，星形膠質細胞形態逐漸恢復到卒中前的狀態（圖1）。
圖1. 卒中后，星形膠質細胞微區域形態的動態變化
圖3. 在感覺運動功能受損的缺血性卒中小鼠中，星形膠質細胞微區 Ca2+ 瞬變在自由行為期間減弱
為了進一步解析星形膠質細胞在缺血性卒中的神經機制，解析微區域鈣瞬變對于缺血性卒中的調控，作者利用超維景自主研發的高分辨型微型化雙光子顯微鏡（FHIRM-HR），實現了自由行為下皮層星形膠質細胞的成像。
2024年10月23日，東南大學姚紅紅團隊在國際著名期刊Advanced Science上發表題為“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等研究手段，發現缺血性卒中后星形膠質細胞微區域鈣瞬變顯著降低，并受到一種包含RNA的細胞內囊泡（MARVs）調控。
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細胞在形態上的變化，卒中后第一天，同一視野內的星形膠質細胞的面積縮小、星形膠質細胞突起的熒光面積縮小、胞體和星形膠質細胞面積比率增加。然而，在卒中晚期，星形膠質細胞胞體變小，胞體面積比率降低，星形膠質細胞形態逐漸恢復到卒中前的狀態（圖1）。
圖1. 卒中后，星形膠質細胞微區域形態的動態變化
接下來，作者進一步利用微型化雙光子顯微鏡和腺相關病毒特異性標記星形膠質細胞鈣信號，證實了在清醒的缺血性卒中小鼠梗死周圍區星形膠質細胞Ca2+ 瞬變顯著下降，并且這種下降是由星形膠質細胞微區域 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，對星形膠質細胞微區域鈣瞬變的實時監測表明，星形膠質細胞微區域鈣瞬變的減少與行為缺陷同步發生（圖3）。
圖2. 清醒缺血性卒中小鼠的星形膠質細胞微區 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，星形膠質細胞微區 Ca2+ 瞬變在自由行為期間減弱
進一步的研究發現，DDX1與circSCMH1結合，促進鈣離子從MARVs到線粒體的轉運，調控星形膠質細胞微區域鈣瞬變。而特異性下調星形膠質細胞的DDX1表達，能夠抑制MARVs的形成，減少微區域鈣瞬變，并阻礙缺血性卒中后腦功能修復。
圖4. 圖片摘要
該團隊的研究結果將有助于加深對星形膠質細胞微區 Ca2+ 信號及其與神經系統疾病相關性的了解。作者的研究結果為卒中機制提供了重要見解，并為后續研究奠定了基礎，旨在揭示星形膠質細胞參與大腦功能和病理的復雜性，并為治療缺血性卒中的藥物研發提供了新思路。
【參考文獻】
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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