在大腦内，突觸的尺寸會隨記憶和學習發生變化，從而控制傳遞給神經的訊號強度，但目前仍未知曉突觸結構的具體調節機制。東北大學研究生院生命科學研究科研究員（研究時）森澤陽介、教授松井廣等人組成的研究團隊發現，小腦伯格曼神經膠細胞會部分吞噬神經細胞。研究團隊還發現，突觸的吞噬現象會因學習而加劇，如果抑制吞噬，學習效果就會下降。對此，松井教授表示：「大腦皮層也會發生同樣的現象。人類從幼年期到青春期會進行突觸的修剪，修剪不充分將導致自閉症譜系障礙，修剪過度又將導致精神分裂症。着眼於膠質細胞，可能有助於開創上述疾病的新療法。」相關研究已發表在《Nature Neuroscience》上。
圖 膠質細胞吞噬的電子顯微鏡影像（供圖：東北大學森澤陽介、松井廣）
水平視動反射（HOKR）是一種調節功能，當從電車車窗向外眺望時，透過隨風景變幻不隨意地轉動眼球，使視網膜上的影像儘可能穩定。由於HOKR的學習在小腦的特定部位進行，因此研究團隊重點研究HOKR學習和小腦的變化，尤其是吞噬和突觸。
爲使吞噬視覺化，研究團隊製備出一種新型基因變異小鼠，於特定時期僅在目標神經細胞中表達在溶體中不易分解的紅色螢光蛋白（pHRed），以此確立了追蹤被膠質細胞吞噬的神經細胞碎片的方法。此外，研究團隊還用FIB削薄凝固成塊狀的腦組織表面，用掃描型電子顯微鏡連續觀察塊狀組織表面，對腦組織進行了三維構建，並利用其成功觀察到伯格曼神經膠細胞部分吞噬突觸及其它神經細胞結構的詳細程序。研究團隊還獲取到多種影像，例如，伯格曼神經膠細胞正要吞噬突觸部位的瞬間、吞噬完成後原來的神經部位連接被完全切斷的影像等。
在腦傷發生、隊形變換的極早期，會發生膠質細胞吞噬，該現象此前已有報告。但在健康的腦内，用電子顯微鏡詳細捕捉到膠質細胞吞噬突觸脊的決定性瞬間，實屬全球首次。
在小鼠眼前反復左右行程豎條紋圖案，小鼠的眼球運動振幅會透過HOKR學習而變大。每隔1小時訓練4次，吞噬活動將變得活躍，24小時後，突觸脊部分的體積就會變小。另一方面，注射吞噬抑制劑會抑制突觸脊的尺寸減小，抑制部分HOKR學習。此外，研究團隊還發現了與伯格曼神經膠細胞吞噬相關的重要基因，使小鼠獨特性缺失該基因，其HOKR學習也部分受阻。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：Nature Neuroscience
論文：Synaptic pruning through glial synapse engulfment during motor learning
DOI：doi.org/10.1038/s41593-022-01184-5
