新的研究表明，特定類型的腦細胞在腦損傷后變得活躍，并表現出與神經干細胞相似的特性。星形膠質細胞的可塑性可能與半乳糖凝集素3蛋白的上調相關，這可能對發現其他生物標志物有重大貢獻。

研究發現，一種特定的蛋白質可以調節這些細胞，并且可以成為治療的目標，并有助于開發更好的腦損傷治療方案。神經元的喪失，隨后導致大腦功能受損，是由神經系統疾病的發作和進展引起的，如中風、脊髓損傷和神經退行性疾病，如帕金森病、阿爾茨海默病/癡呆癥、漸凍癥和MND。

星形膠質細胞可以在腦損傷后獲得神經干細胞特性

目前有效的治療方案仍需改進。然而，臨床前研究表明，反應性星形膠質細胞是一種有希望的反應，這是一種特定類型的神經膠質細胞，與神經元一樣是神經系統的重要組成部分。小膠質細胞和神經膠質細胞被認為是神經元的保護者，表現出恢復細胞增殖的能力，這是保護受損傷的大腦免受免疫細胞侵襲的重要機制。^[1]

什么是星形膠質細胞？

星形膠質細胞是大腦和脊髓中的一種神經膠質細胞。它們是人腦中最豐富的細胞類型，在神經系統的功能中發揮著至關重要的作用^[2]。以下是星形膠質細胞的一些關鍵方面：

• 支持和結構：星形膠質細胞為神經元提供結構支持，促進神經發生并維持神經元運行的環境。
• 血腦屏障：它們參與形成和維持血腦屏障，控制血液和大腦之間的物質運動。
• 營養和廢物管理：星形膠質細胞調節細胞外空間中離子和神經遞質的濃度。它們還有助于將營養物質輸送到神經元并清除廢物。
• 修復和保護性疤痕：星形膠質細胞可以增殖并在受傷區域周圍形成疤痕（物理和生化屏障）。這種屏障有助于遏制損傷并防止其擴散到健康的腦組織。這是神經系統受傷后大腦正常修復過程的一部分。
• 神經遞質調節：它們可以通過吸收和釋放神經遞質以及星形膠質細胞凋亡來調節神經傳遞。
• 神經元健康：星形膠質細胞的功能對于神經元的生存和功能至關重要，有助于修復、釋放中性粒細胞和保護神經系統組織。
• 神經可塑性：它們在突觸的形成和重塑中發揮作用，影響學習和記憶。

星形膠質細胞呈星狀，因此得名“astro”（希臘語星形）和“cyte”（細胞）。它們因其在中樞神經系統中超越其傳統支持功能的多樣化和動態作用而日益受到認可^[3]。

星形膠質細胞與少突膠質細胞的作用

星形膠質細胞可以獲得神經干性特性嗎？

星形膠質細胞可以重新表達以獲得神經干細胞（NSC）特性，并具有大腦修復和再生的潛力。星形膠質細胞可以通過多種方式獲得或表現出神經干細胞特性，包括：

• 損傷引起的再激活：為了響應腦損傷或疾病，星形膠質細胞可以恢復到更原始的干細胞樣狀態。這個過程被稱為反應性神經膠質增生，經常會看到星形膠質細胞在星形膠質細胞吞噬作用期間重新表達通常在 NSC 中活躍的基因
• 分子和環境線索：再生中心的研究表明，特定的分子和環境線索會誘導星形膠質細胞分化成干細胞樣狀態。例如，引入某些轉錄因子或暴露于特定的生長因子可以觸發這種轉變。
• 表觀遺傳變化：星形膠質細胞表觀遺傳景觀的變化，例如 DNA 甲基化和組蛋白修飾的改變，可以重新編程它們以獲得干細胞樣特性。
• 基因編輯技術：先進的基因操作技術（如 CRISPR/Cas9）可用于修改星形膠質細胞的基因表達，有可能將其重新編程為NSC。
• 細胞融合事件：在極少數情況下，大腦中的細胞融合事件可能導致星形膠質細胞與神經干細胞合并，從而可能賦予星形膠質細胞神經干細胞特征。
• 微環境影響：大腦的微環境，包括特定的細胞外基質成分和鄰近細胞，可以影響星形膠質細胞的行為，并可能促進干細胞樣特性。
• 神經源性生態位：某些大腦區域（例如室下區（SVZ）和海馬體）中的某些類型的星形膠質細胞已經處于更具可塑性的狀態，并且就其形成新神經元的潛力而言更接近NSC。
• 應激反應：在某些應激條件下，星形膠質細胞外泌體可能會恢復到更具可塑性的干細胞樣狀態，作為大腦內在修復機制的一部分。

這些對星形膠質細胞可塑性及??其獲得NSC特性的潛力的見解對于再生中心開發神經退行性疾病和其他神經系統疾病（如共濟失調、多發性硬化癥、橫貫性脊髓炎和周圍神經病）的新治療策略至關重要。然而，我們的結果是初步的，需要進行更多的研究才能充分理解并安全地利用這種能力進行臨床應用^[4]。

星形膠質細胞有什么作用？

其中一些星形膠質細胞獲得神經干細胞樣特性，可以自我更新并產生不同的細胞類型，包括神經元和神經膠質細胞。一旦出現與疾病或損傷相關的功能紊亂血腦屏障（BBB）發生時，星形膠質細胞標記物和神經細胞生長因子可以啟動、增加和獲得神經干細胞特性。研究表明，腦損傷部位的病理特異性星形膠質細胞可塑性可能與半乳糖凝集素3蛋白的上調相關。

半乳糖凝集素3蛋白質生物標志物

Galectin-3是一種屬于凝集素家族的蛋白質，該家族是已知能與特定碳水化合物結構結合的蛋白質。Galectin-3的一些有用方面包括：

• 結構和結合：Galectin-3 具有碳水化合物識別結構域 (CRD)，使其能夠與 β-半乳糖苷糖特異性結合。這種結合能力對于其在各種細胞過程中的作用至關重要。
• 細胞功能：它參與廣泛的細胞功能，包括細胞生長、粘附、分化、血管生成（新血管的形成）、細胞凋亡（程序性細胞死亡）和炎癥。
• 在免疫系統中的作用：Galectin-3在免疫系統中發揮著重要作用。它調節免疫反應，包括免疫細胞的激活和成熟以及炎癥過程。
• 癌癥研究：由于其在多種癌癥中高表達以及在腫瘤進展、轉移和血管生成中的作用，它在癌癥研究中受到關注。Galectin-3 被認為是癌癥診斷的潛在生物標志物和治療靶點。
• 纖維化： Galectin-3 與多種器官（如肝臟、腎臟和心臟）纖維化的發生有關。它介導成纖維細胞的活化和細胞外基質成分的積累。
• 心臟病： Galectin-3水平升高與充血性心力衰竭和心臟病發作有關，可以作為這種疾病的診斷和預后的標志物。
• 傳染病：它在宿主與病原體的相互作用中發揮作用，影響人體對各種細菌、病毒和真菌感染的反應。
• 細胞粘附和遷移：Galectin-3參與細胞粘附過程，可以影響細胞歸巢、細胞遷移，這對于傷口愈合和癌癥轉移至關重要。
• 神經生物學：關于Galectin-3在神經生物學中的作用，特別是在神經炎癥和神經退行性疾病中的作用，有新的研究。

星形膠質細胞治療神經退行性疾病

鑒于星形膠質細胞增殖的重要性，這些發現有助于理解腦脊液成分的變化（半乳糖凝集素3蛋白的上調）如何支持大腦中星形膠質細胞可塑性的維持。

確定半乳糖凝集素3蛋白作為星形膠質細胞可塑性的誘導劑有助于發現其他生物標志物，這些生物標志物可以在受損的腦實質內提供有益的調節。這些急性損傷后星形膠質細胞增殖的調節因子為這些生物標志物的未來臨床應用提供了廣闊的前景，作為檢測神經膠質干細胞治療有益反應的指標，或幫助識別受傷患者大腦中是否存在具有干細胞潛力的其他細胞^[5]。

參考資料：

[1] ^Rauf A, Badoni H, Abu-Izneid T, Olatunde A, Rahman MM, Painuli S, Semwal P, Wilairatana P, Mubarak MS. Neuroinflammatory Markers: Key Indicators in the Pathology of Neurodegenerative Diseases. Molecules. 2022 May 17;27(10):3194. doi: 10.3390/molecules27103194. PMID: 35630670; PMCID: PMC9146652.

[2] ^Dejakaisaya H, Kwan P, Jones NC. Astrocyte and glutamate involvement in the pathogenesis of epilepsy in Alzheimer’s disease. Epilepsia. 2021 Jul;62(7):1485-1493. doi: 10.1111/epi.16918. Epub 2021 May 10. PMID: 33971019.

[3] ^Freeman MR. Specification and morphogenesis of astrocytes. Science. 2010 Nov 5;330(6005):774-8. doi: 10.1126/science.1190928. PMID: 21051628; PMCID: PMC5201129.

[4] ^Ganapathy K, Datta I, Bhonde R. Astrocyte-Like Cells Differentiated from Dental Pulp Stem Cells Protect Dopaminergic Neurons Against 6-Hydroxydopamine Toxicity. Mol Neurobiol. 2019 Jun;56(6):4395-4413. doi: 10.1007/s12035-018-1367-3. Epub 2018 Oct 16. PMID: 30327976.

[5] ^Alisch M, Kerkering J, Crowley T, Rosiewicz K, Paul F, Siffrin V. Identification of the gliogenic state of human neural stem cells to optimize in vitro astrocyte differentiation. J Neurosci Methods. 2021 Sep 1;361:109284. doi: 10.1016/j.jneumeth.2021.109284. Epub 2021 Jul 7. PMID: 34242705.

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