Глия | |
---|---|
Подробности | |
Предшественник | Нейроэктодерм для макроглии и гемопоэтические стволовые клетки для микроглии |
Система | Нервная система |
Идентификаторы | |
МеШ | Д009457 |
ТА98 | А14.0.00.005 |
ТН | H2.00.06.2.00001 |
ФМА | 54536 54541, 54536 |
Анатомические термины микроанатомии [править на Wikidata] |
Глия , также называемая глиальными клетками ( глиоцитами ) или нейроглией , — это ненейрональные клетки в центральной нервной системе ( головном и спинном мозге ) и периферической нервной системе , которые не производят электрические импульсы. Нейроглия составляет более половины объема нервной ткани в организме человека . [1] Они поддерживают гомеостаз , образуют миелин в периферической нервной системе и обеспечивают поддержку и защиту нейронов . [2] В центральной нервной системе глиальные клетки включают олигодендроциты , астроциты , эпендимальные клетки и микроглию , а в периферической нервной системе они включают шванновские клетки и сателлитные клетки .
Они выполняют четыре основные функции:
Они также играют роль в нейротрансмиссии и синаптических связях , [3] а также в физиологических процессах, таких как дыхание . [4] [5] [6] Хотя считалось, что глиальные клетки превосходят по численности нейроны в соотношении 10:1, недавние исследования с использованием новых методов и переоценка исторических количественных данных предполагают общее соотношение менее 1:1, со значительными различиями между различными тканями мозга. [7] [8]
Глиальные клетки имеют гораздо больше клеточного разнообразия и функций, чем нейроны, и глиальные клетки могут реагировать на нейротрансмиссию и манипулировать ею многими способами. Кроме того, они могут влиять как на сохранение, так и на консолидацию воспоминаний . [1]
Глия была открыта в 1856 году патологом Рудольфом Вирховым в ходе его поисков «соединительной ткани» в мозге. [9] Термин происходит от греческого γλία и γλοία «клей» [10] ( англ.: / ˈɡl iːə / или / ˈɡl aɪə / ) , и предполагает первоначальное впечатление, что они были клеем нервной системы .
Образуется из эктодермальной ткани.
Расположение | Имя | Описание |
---|---|---|
ЦНС | Астроциты | Самый распространенный тип макроглиальных клеток в ЦНС, [11] астроциты (также называемые астроглией ) имеют многочисленные отростки, которые связывают нейроны с их кровоснабжением, образуя гематоэнцефалический барьер . Они регулируют внешнюю химическую среду нейронов, удаляя избыток ионов калия и перерабатывая нейротрансмиттеры, высвобождаемые во время синаптической передачи . Астроциты могут регулировать вазоконстрикцию и вазодилатацию, вырабатывая такие вещества, как арахидоновая кислота , метаболиты которой являются вазоактивными . Астроциты передают друг другу сигналы с помощью АТФ . Щелевые контакты (также известные как электрические синапсы ) между астроцитами позволяют молекуле-мессенджеру IP3 диффундировать из одного астроцита в другой. IP3 активирует кальциевые каналы на клеточных органеллах , высвобождая кальций в цитоплазму . Этот кальций может стимулировать выработку большего количества IP3 и вызывать высвобождение АТФ через каналы в мембране, сделанной из паннексинов . Конечный эффект представляет собой кальциевую волну, которая распространяется от клетки к клетке. Внеклеточное высвобождение АТФ и последующая активация пуринергических рецепторов на других астроцитах также могут опосредовать кальциевые волны в некоторых случаях. В целом, существует два типа астроцитов, протоплазматические и волокнистые, схожие по функциям, но отличающиеся по морфологии и распределению. Протоплазматические астроциты имеют короткие, толстые, сильно разветвленные отростки и обычно встречаются в сером веществе . Фиброзные астроциты имеют длинные, тонкие, менее разветвленные отростки и чаще встречаются в белом веществе . Недавно было показано, что активность астроцитов связана с кровотоком в мозге, и что это то, что на самом деле измеряется при фМРТ . [12] Они также были вовлечены в нейронные цепи, играя ингибирующую роль после обнаружения изменений во внеклеточном кальции. [13] |
ЦНС | Олигодендроциты | Олигодендроциты — это клетки, которые покрывают аксоны в ЦНС своей клеточной мембраной, образуя специализированную мембранную дифференциацию, называемую миелином , производящую миелиновую оболочку . Миелиновая оболочка обеспечивает изоляцию аксона, что позволяет электрическим сигналам распространяться более эффективно. [14] |
ЦНС | Эпендимальные клетки | Эпендимальные клетки , также называемые эпендимоцитами , выстилают спинной мозг и желудочковую систему головного мозга. Эти клетки участвуют в создании и секреции спинномозговой жидкости (СМЖ) и бьют своими ресничками , чтобы помочь циркуляции СМЖ и создать гематоэнцефалический барьер . Также считается, что они действуют как нервные стволовые клетки. [15] |
ЦНС | Радиальная глия | Радиальные глиальные клетки возникают из нейроэпителиальных клеток после начала нейрогенеза . Их способности к дифференциации более ограничены, чем у нейроэпителиальных клеток. В развивающейся нервной системе радиальная глия функционирует как в качестве нейрональных предшественников, так и в качестве каркаса, по которому мигрируют новорожденные нейроны. В зрелом мозге мозжечок и сетчатка сохраняют характерные радиальные глиальные клетки. В мозжечке это бергмановская глия , которая регулирует синаптическую пластичность . В сетчатке радиальная клетка Мюллера является глиальной клеткой, которая охватывает толщу сетчатки и, в дополнение к астроглиальным клеткам, [16] участвует в двунаправленной коммуникации с нейронами. [17] |
ПНС | Шванновские клетки | Аналогичные по функции олигодендроцитам, клетки Шванна обеспечивают миелинизацию аксонов в периферической нервной системе (ПНС). Они также обладают фагоцитарной активностью и очищают клеточный дебрис, что позволяет нейронам ПНС восстанавливаться. [18] |
ПНС | Сателлитные клетки | Сателлитные глиальные клетки — это небольшие клетки, которые окружают нейроны в сенсорных, симпатических и парасимпатических ганглиях. [19] Эти клетки помогают регулировать внешнюю химическую среду. Как и астроциты, они связаны между собой щелевыми контактами и реагируют на АТФ, повышая внутриклеточную концентрацию ионов кальция. Они очень чувствительны к травмам и воспалениям и, по-видимому, способствуют патологическим состояниям, таким как хроническая боль . [20] |
ПНС | Энтеральные глиальные клетки | Находятся во внутренних ганглиях пищеварительной системы . Считается, что глиальные клетки выполняют множество функций в кишечной системе, некоторые из которых связаны с гомеостазом и мышечными пищеварительными процессами. [21] |
Микроглия — это специализированные макрофаги, способные к фагоцитозу , которые защищают нейроны центральной нервной системы . [22] Они происходят из самой ранней волны мононуклеарных клеток, которые возникают в кровяных островках желточного мешка на ранних стадиях развития и колонизируют мозг вскоре после того, как начинают дифференцироваться нейронные предшественники. [23]
Эти клетки находятся во всех областях головного и спинного мозга. Микроглиальные клетки малы по сравнению с макроглиальными клетками, имеют изменяющуюся форму и продолговатые ядра. Они подвижны в мозге и размножаются при его повреждении. В здоровой центральной нервной системе отростки микроглии постоянно опрашивают все аспекты своей среды (нейроны, макроглию и кровеносные сосуды). В здоровом мозге микроглия направляет иммунный ответ на повреждение мозга и играет важную роль в воспалении, которое сопровождает повреждение. Многие заболевания и расстройства связаны с дефицитом микроглии, такие как болезнь Альцгеймера , болезнь Паркинсона и БАС .
Питуициты из задней доли гипофиза являются глиальными клетками с характеристиками, общими с астроцитами. [ 24] Танициты в срединном возвышении гипоталамуса являются типом эпендимальных клеток , которые происходят от радиальной глии и выстилают основание третьего желудочка . [25] Drosophila melanogaster , плодовая мушка, содержит многочисленные типы глиальных клеток, которые функционально похожи на глию млекопитающих, но тем не менее классифицируются по-другому. [26]
В целом, нейроглиальные клетки меньше нейронов. В человеческом мозге приблизительно 85 миллиардов глиальных клеток, [8] примерно столько же, сколько нейронов. [8] Глиальные клетки составляют около половины общего объема головного и спинного мозга. [27] Соотношение глии к нейронам варьируется от одной части мозга к другой. Соотношение глии к нейронам в коре головного мозга составляет 3,72 (60,84 миллиарда глиальных клеток (72%); 16,34 миллиарда нейронов), тогда как в мозжечке оно составляет всего 0,23 (16,04 миллиарда глиальных клеток; 69,03 миллиарда нейронов). Соотношение в сером веществе коры головного мозга составляет 1,48, а для серого и белого вещества вместе взятых — 3,76. [27] Соотношение базальных ганглиев, промежуточного мозга и ствола мозга вместе взятых составляет 11,35. [27]
Общее количество глиальных клеток в мозге человека распределено по различным типам, при этом наиболее распространенными являются олигодендроциты (45–75%), за которыми следуют астроциты (19–40%) и микроглия (около 10% или меньше). [8]
Большинство глиальных клеток происходят из эктодермальной ткани развивающегося эмбриона , в частности, нервной трубки и гребня . Исключением является микроглия , которая происходит из гемопоэтических стволовых клеток . У взрослых микроглия в значительной степени является самообновляющейся популяцией и отличается от макрофагов и моноцитов, которые инфильтрируют поврежденную и больную ЦНС.
В центральной нервной системе глия развивается из желудочковой зоны нервной трубки. К этим глиям относятся олигодендроциты, эпендимальные клетки и астроциты. В периферической нервной системе глия развивается из нервного гребня. К этим ПНС-глиям относятся шванновские клетки в нервах и сателлитные глиальные клетки в ганглиях.
Глия сохраняет способность подвергаться клеточным делениям во взрослом возрасте, тогда как большинство нейронов не могут. Эта точка зрения основана на общей неспособности зрелой нервной системы заменять нейроны после травмы, такой как инсульт или травма, где очень часто наблюдается значительная пролиферация глии, или глиоз , вблизи или в месте повреждения. Однако подробные исследования не обнаружили никаких доказательств того, что «зрелая» глия, такая как астроциты или олигодендроциты , сохраняет митотическую способность. Только резидентные клетки-предшественники олигодендроцитов, по-видимому, сохраняют эту способность после созревания нервной системы.
Известно, что глиальные клетки способны к митозу . Напротив, научное понимание того, являются ли нейроны постоянно постмитотическими , [28] или способны к митозу, [29] [30] [31] все еще развивается. В прошлом считалось, что глия [ кем? ] лишена определенных особенностей нейронов. Например, считалось, что глиальные клетки не имеют химических синапсов или не выделяют передатчики . Они считались пассивными наблюдателями нейронной передачи. Однако недавние исследования показали, что это не совсем так. [32]
Некоторые глиальные клетки выполняют функцию физической поддержки нейронов. Другие обеспечивают нейроны питательными веществами и регулируют внеклеточную жидкость мозга, особенно окружающую нейроны и их синапсы . Во время раннего эмбриогенеза глиальные клетки направляют миграцию нейронов и производят молекулы, которые изменяют рост аксонов и дендритов . Некоторые глиальные клетки демонстрируют региональное разнообразие в ЦНС, и их функции могут различаться между регионами ЦНС. [33]
Глия имеет решающее значение в развитии нервной системы и в таких процессах, как синаптическая пластичность и синаптогенез . Глия играет роль в регуляции восстановления нейронов после травмы. В центральной нервной системе (ЦНС) глия подавляет восстановление. Глиальные клетки, известные как астроциты, увеличиваются и размножаются, образуя рубец, и производят ингибирующие молекулы, которые подавляют повторный рост поврежденного или разорванного аксона. В периферической нервной системе (ПНС) глиальные клетки, известные как шванновские клетки (или также как нейрилеммоциты), способствуют восстановлению. После повреждения аксонов шванновские клетки регрессируют к более раннему состоянию развития, чтобы стимулировать повторный рост аксона. Это различие между ЦНС и ПНС вселяет надежды на регенерацию нервной ткани в ЦНС. Например, спинной мозг может быть восстановлен после травмы или разрыва.
Олигодендроциты находятся в ЦНС и напоминают осьминога: они имеют луковичные клеточные тела с пятнадцатью отростками, похожими на руки. Каждый отросток тянется к аксону и обвивается вокруг него, создавая миелиновую оболочку. Миелиновая оболочка изолирует нервное волокно от внеклеточной жидкости и ускоряет проведение сигнала по нервному волокну. [34] В периферической нервной системе клетки Шванна отвечают за выработку миелина. Эти клетки окутывают нервные волокна ПНС, многократно обвиваясь вокруг них. Этот процесс создает миелиновую оболочку, которая не только способствует проводимости, но и помогает в регенерации поврежденных волокон.
Астроциты являются важнейшими участниками трехстороннего синапса . [35] [36] [37] [38] Они выполняют несколько важнейших функций, включая очистку нейротрансмиттеров из синаптической щели , что помогает различать отдельные потенциалы действия и предотвращает токсическое накопление определенных нейротрансмиттеров, таких как глутамат , которое в противном случае привело бы к эксайтотоксичности . Кроме того, астроциты высвобождают глиотрансмиттеры, такие как глутамат, АТФ и D-серин, в ответ на стимуляцию. [39]
В то время как глиальные клетки в ПНС часто помогают в восстановлении утраченных нейронных функций, потеря нейронов в ЦНС не приводит к подобной реакции нейроглии. [18] В ЦНС восстановление произойдет только в том случае, если травма была легкой, а не тяжелой. [40] Когда возникает тяжелая травма, выживание оставшихся нейронов становится оптимальным решением. Однако некоторые исследования, изучающие роль глиальных клеток в болезни Альцгеймера, начинают противоречить полезности этой функции и даже утверждают, что она может «усугубить» болезнь. [41] Помимо влияния на потенциальное восстановление нейронов при болезни Альцгеймера, рубцевание и воспаление от глиальных клеток также были вовлечены в дегенерацию нейронов, вызванную боковым амиотрофическим склерозом . [42]
Помимо нейродегенеративных заболеваний, широкий спектр вредных воздействий, таких как гипоксия или физическая травма, может привести к физическому повреждению ЦНС. [40] Как правило, когда происходит повреждение ЦНС, глиальные клетки вызывают апоптоз среди окружающих клеточных тел. [40] Затем возникает большая активность микроглии , которая приводит к воспалению, и, наконец, происходит сильное высвобождение молекул, ингибирующих рост. [40]
Хотя глиальные клетки и нейроны, вероятно, впервые были обнаружены в одно и то же время в начале 19 века, в отличие от нейронов, морфологические и физиологические свойства которых были непосредственно наблюдаемы первыми исследователями нервной системы, глиальные клетки до середины 20 века считались всего лишь «клеем», который удерживал нейроны вместе. [43]
Глиальные клетки были впервые описаны в 1856 году патологом Рудольфом Вирховом в комментарии к его публикации 1846 года о соединительной ткани. Более подробное описание глиальных клеток было представлено в книге 1858 года «Клеточная патология» того же автора. [44]
При анализе маркеров различных типов клеток было обнаружено, что мозг Альберта Эйнштейна содержит значительно больше глии, чем нормальный мозг в левой угловой извилине , области, которая, как считается, отвечает за математическую обработку и язык. [45] Однако из 28 статистических сравнений мозга Эйнштейна и контрольного мозга, обнаружение одного статистически значимого результата неудивительно, и утверждение, что мозг Эйнштейна отличается, не является научным (ср. проблему множественных сравнений ). [46]
В ходе эволюции увеличивается не только соотношение глии к нейронам, но и размер глии. Астроглиальные клетки в мозге человека имеют объем в 27 раз больше, чем в мозге мыши. [47]
Эти важные научные открытия могут начать сдвигать нейроцентрическую перспективу в сторону более целостного взгляда на мозг, который охватывает также глиальные клетки. На протяжении большей части двадцатого века ученые игнорировали глиальные клетки как простые физические каркасы для нейронов. Недавние публикации предположили, что количество глиальных клеток в мозге коррелирует с интеллектом вида. [48] Более того, доказательства демонстрируют активную роль глии, в частности астроглии, в когнитивных процессах, таких как обучение и память. [49] [50]