星形膠質細胞、循環和腦源性神經營養因子

關于星形膠質細胞如何循環，量子點技術可以揭示什么？

由 Alomone 團隊提供 - 2023 年 6 月

隨著我們對星形膠質細胞性質的發現越來越多，它們不斷掀起科學浪潮——近期我們在研究他們在癲癇中是敵是友（詳情請點擊這篇文章了解）。現在，星形膠質細胞似乎也在循環利用：韓國腦研究所（KBRI）的一篇論文揭示了星形膠質細胞在調節大腦功能方面的一個隱藏部分（可以參考文獻：Endocytic BDNF secretion regulated by Vamp3 in astrocytes）。通過追蹤腦源性神經營養因子（BDNF）的旅程，研究人員揭示了星形膠質細胞攝取、運輸和分泌BDNF 的奇妙機制（可以參考文獻：Astrocyte VAMP3 vesicles undergo Ca2+-independent cycling and modulate glutamate transporter trafficking）。

BDNF通過一種名為TrkB的受體發揮調節大腦功能的多種作用。我們早就知道星形膠質細胞表達 TrkB 受體，并能通過受體介導的內吞作用內化細胞外的 BDNF。然而，內化 BDNF 重新分泌背后的確切機制一直難以捉摸。但現在，這項引人入勝的新研究的作者們使用量子點（QD）共軛成熟 BDNF（QD-BDNF）作為細胞外 BDNF 的替代物，從而監測了 BDNF 在活體皮質星形膠質細胞中的移動。

照亮星形膠質細胞

在研究過程中，研究小組發現囊泡相關膜蛋白 3 (Vamp3)在星形膠質細胞釋放內源性 BDNF 時起著關鍵作用。免疫細胞化學和QD成像結合Alomone 的生物素標記的人BDNF（B-250-B），發現星形膠質細胞中含有 Vamp3 的囊泡中富含內源性 BDNF 顆粒。

用ATP刺激星形膠質細胞會引發含BDNF小泡的逆向或順向運輸和外排，從而有效地將BDNF回收到細胞外空間。為了進一步揭示Vamp3的作用，研究人員敲除了Vamp3的表達，這中斷了BDNF從星形膠質細胞中的釋放，但不影響其吸收或轉運。雖然研究人員不清楚ATP刺激是如何增加內含BDNF囊泡的前向或逆向運輸的，但他們懷疑這可能與Ca2+或脂質信號有關。

成像星形膠質細胞中的 BDNF

圖 1.QD-BDNF 作為監測星形膠質細胞內 BDNF 的工具。(A）生物素化 mBDNF 與鏈霉親和素-QD655（QD-BDNF）的示意圖。 B）左圖：純化的 QD-BDNFs （2 nM）的代表性熒光圖像。比例尺 = 10 µm，插圖比例尺 = 5 µm。右圖：QD-BDNF 顆粒的二維尺寸分布（來自 40 個細胞的 1073 個顆粒）。(C) 用 QD-BSA 或 QD-BDNF 處理的表達 EGFP 的星形膠質細胞的代表性圖像?？s放條 = 10 µm。下圖所示位置（數字）的放大視圖。比例尺 = 10 µm。(D) 表達亂碼 shRNA（對照組）、TrkB-shRNA #1 （shTrkB #1）或 #2 （shTrkB #2）的星形膠質細胞內的 QD-BDNF 代表性圖像。縮放條 = 10 µm。插圖：指ding位置（白框）的放大視圖。比例尺 = 5 µm。條形圖：每種條件下 QD-BDNF 的平均密度。**P < 0.01.N = 每組 10 個細胞。E. QD-BSA 和 QD-BDNF 處理的星形膠質細胞的平均形狀指數。*P < 0.05.N = 5 或 16 個細胞。(F）經 2 nM QD-BDNF 處理的星形膠質細胞在每個孵育時間的平均 QD-BDNF 密度。*P < 0.05.N = 每種條件下 10 個細胞。G. 經 0.5、1、2 或 5 nM QD-BDNF 處理的星形膠質細胞的代表性圖像。比例尺 = 10 µm，插圖比例尺 = 5 µm。(H）最小（0.3 µm2）或較大（> 0.3 µm2）的 QD-BDNF 平均密度。*p < 0.05，**p < 0.01。(I)細胞內 QD-BDNF 總量中尺寸最小或較大的 QD-BDNF 的平均比例。*P < 0.05.N = 9-10 cells in each condition.用 ImageJ/FIJI 軟件（Ver. 2.1.0/1.53c，NIH）測定 QD-BDNF 顆粒數量和星形膠質細胞的形狀指數。圖片來自 J, Yoon 等人，科學報告 11, 21203 (2021)

星形膠質細胞和 SNARE

星形膠質細胞在支持神經元功能方面的重要作用早已得到認可，但它們參與 BDNF 的再循環和分泌又為自己增添了一項技能。在這里，研究人員觀察到，BDNF在星形膠質細胞中的直接內化和再循環是由TrkB.T1受體介導的。

如前所述，星形膠質細胞也接受了 ATP 處理。這些細胞對 ATP 刺激的反應是通過可溶性 NSF 附著蛋白受體（SNARE）依賴機制釋放內源性 BDNF。這意味著星形膠質細胞積極參與調節細胞外 BDNF 的濃度，與 TrkB.T1 一起對大腦功能進行復雜的調節。

調節器 Vamp3

研究人員發現Vamp3是ATP觸發的內細胞BDNF分泌的關鍵調節因子。雖然含Vamp3的囊泡，包括早期內體和分泌顆粒，包含了大部分內細胞QD-BDNF顆粒，但也有其他囊泡部分與QD-BDNF顯示出顯著的共定位。這表明其他囊泡，如 Rab7 或 Rab11 陽性的內體，也參與了回收過程。

由于Vamp3是星形膠質細胞中富集的vSNARE，研究人員推測星形膠質細胞中循環內含BDNF的囊泡可能受Vamp3控制。他們發現，在ATP刺激下，含Vamp3-EGFP的囊泡經常分泌QD-BDNF，這支持了他們的假設。在敲除 Vamp3 的實驗中，他們發現 ATP 誘導的 QD-BDNF 外泌減少了 76%。然而，反過來說，Vamp3 并不需要QD-BDNF的內吞或轉運，他們在星形膠質細胞Vamp3敲除模型中觀察到QD-BDNF的攝取和轉運沒有變化，從而證明了這一點。總之，這表明 Vamp3 是內吞 BDNF 分泌的一個主要但有選擇性的調節因子。

鈣與復雜性

研究人員深入研究了星形膠質細胞內BDNF分泌的分子機制，發現螯合ATP誘導的Ca2+升高會部分減少QD-BDNF的外泌。有趣的是，直接增加細胞內Ca2+濃度并不足以導致QD-BDNF外滲，這表明可能還有其他信號通路參與其中。

一種潛在的途徑涉及通過 P2 受體激活或 A2 受體改變環磷酸腺苷（cAMP）水平。這些途徑可能會激活依賴于 cAMP 的信號途徑，而 cAMP 是囊泡對接或外排所必需的，從而影響內細胞 BDNF 的釋放。最后，獨立于 Vamp3 的機制可能在 BDNF 分泌中發揮作用，因為研究小組在 Vamp3 陰性的囊泡中觀察到了 QD-BDNF，以及 ATP 觸發的 QD-BDNF 從這些囊泡中釋放。

多種途徑在發揮作用

這項研究的結果為 Vamp3 在 BDNF 循環過程中調節星形膠質細胞內 BDNF 分泌的選擇性作用提供了證據。但這并不是故事的全部：Ca2+和ATP的參與、cAMP濃度的變化，以及通過Vamp3陰性囊泡中QD-BDNFs的存在發現的Vamp3無關機制，都表明BDNF的再循環并不是一件簡單的事情。雖然 Vamp3 是這一過程的選擇性規律，但一定有多種信號通路促成了星形膠質細胞對 BDNF 的再循環。

了解支配星形膠質細胞中 BDNF 循環的分子事件可能會對突觸可塑性和認知功能產生重大影響。因此，還需要做更多的工作來揭示 BDNF 循環的其他方面。研究人員可能會把重點放在參與這一過程的其他分子角色和信號通路上。此外，研究 BDNF 循環的改變對突觸可塑性、學習和記憶的影響將為這一復雜機制的廣泛影響提供有價值的見解。

BDNF 的回收之旅

多虧了 QD 技術，科學家們才得以對 BDNF 的旅程及其如何在星形膠質細胞內循環利用有了更多的了解。通過使用 QD-BDNF 作為細胞外 BDNF 的替代物，研究人員可以跟蹤其在培養的皮質星形膠質細胞內的運動，并開始解開這一看似簡單的過程所涉及的多種途徑。這項研究加深了我們對大腦中不同細胞類型之間動態相互作用的理解，并強調了星形膠質細胞在維持大腦健康中的重要意義.

部分相關試劑推薦：

如果您需要試劑來幫助研究 BDNF，我們可以為您提供幫助：

神經營養素/生長因子：

• human BDNF-Biotin (#B-250-B) 

• BDNF Positive Control for Western Blot (#PCP-B250) 

• Recombinant human BDNF protein (#B-250) 

• Recombinant human BDNF proDomain protein (#B-245) 

抗體：

• Anti-BDNF Antibody (#ANT-010) 

• Guinea pig Anti-BDNF Antibody (#ANT-010-GP (formerly AGP-021)) 

• Anti-proBDNF Antibody (#ANT-006) 

阻斷劑/拮抗劑：

• ANA-12（#A-215）- TrkB 受體拮抗劑

• AZD-1332 (#A-495)- TrkA、TrkB 和 TrkC 受體的抑制劑

• gnf 5837（#G-145）- 一種泛 Trk（神經營養素受體）抑制劑

探索試劑盒：

• Neurotrophic Factor Explorer Kit（#EK-500）- 含有神經營養因子蛋白，是篩選的理想選擇

靶點探索工具包：

研究包包含 BDNF 研究所需的全部內容：BDNF 及其受體的抗體、重組 BDNF 和特異性藥理工具都在一個經濟實惠的套裝中：

• BDNF Basic Research Pack (#ESB-600) 

• BDNF Premium Research Pack (#ESP-600) 

• BDNF Deluxe Research Pack (#ESD-600) 

關于Alomone

Alomone是來自以色列的離子通道zhuan家，提供與離子通道和膜蛋白（TRP通道、鈉/鉀/鈣通道、水通道、GPCRs）相關的抗體、拮抗劑/激動劑（小分子化合物和毒素）、神經生長因子等。

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