在大脑内，突触的尺寸会随记忆和学习发生变化，从而控制传递给神经的信号强度，但目前仍未知晓突触结构的具体调节机制。东北大学研究生院生命科学研究科研究员（研究时）森泽阳介、教授松井广等人组成的研究团队发现，小脑伯格曼神经胶质细胞会部分吞噬神经细胞。研究团队还发现，突触的吞噬现象会因学习而加剧，如果抑制吞噬，学习效果就会下降。对此，松井教授表示：“大脑皮层也会发生同样的现象。人类从幼年期到青春期会进行突触的修剪，修剪不充分将导致自闭症谱系障碍，修剪过度又将导致精神分裂症。着眼于胶质细胞，可能有助于开创上述疾病的新疗法。”相关研究已发表在《Nature Neuroscience》上。
图 胶质细胞吞噬的电子显微镜图像（供图：东北大学森泽阳介、松井广）
水平视动反射（HOKR）是一种调节功能，当从电车车窗向外眺望时，通过随风景变幻不随意地转动眼球，使视网膜上的图像尽可能稳定。由于HOKR的学习在小脑的特定部位进行，因此研究团队重点研究HOKR学习和小脑的变化，尤其是吞噬和突触。
为使吞噬可视化，研究团队制备出一种新型基因变异小鼠，于特定时期仅在目标神经细胞中表达在溶酶体中不易分解的红色荧光蛋白（pHRed），以此确立了追踪被胶质细胞吞噬的神经细胞碎片的方法。此外，研究团队还用FIB削薄凝固成块状的脑组织表面，用扫描型电子显微镜连续观察块状组织表面，对脑组织进行了三维构建，并利用其成功观察到伯格曼神经胶质细胞部分吞噬突触及其它神经细胞结构的详细过程。研究团队还获取到多种图像，例如，伯格曼神经胶质细胞正要吞噬突触部位的瞬间、吞噬完成后原来的神经部位连接被完全切断的图像等。
在脑损伤发生、发展的极早期，会发生胶质细胞吞噬，该现象此前已有报告。但在健康的脑内，用电子显微镜详细捕捉到胶质细胞吞噬突触脊的决定性瞬间，实属全球首次。
在小鼠眼前反复左右移动竖条纹图案，小鼠的眼球运动振幅会通过HOKR学习而变大。每隔1小时训练4次，吞噬活动将变得活跃，24小时后，突触脊部分的体积就会变小。另一方面，注射吞噬抑制剂会抑制突触脊的尺寸减小，抑制部分HOKR学习。此外，研究团队还发现了与伯格曼神经胶质细胞吞噬相关的重要基因，使小鼠特异性缺失该基因，其HOKR学习也部分受阻。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：Nature Neuroscience
论文：Synaptic pruning through glial synapse engulfment during motor learning
DOI：doi.org/10.1038/s41593-022-01184-5
