Глия | |
---|---|
Подробности | |
Предшественник | Нейроэктодерма для макроглии и гемопоэтические стволовые клетки для микроглии |
Система | Нервная система |
Идентификаторы | |
МеШ | D009457 |
ТА98 | А14.0.00.005 |
TH | Н2.00.06.2.00001 |
ФМА | 54536 54541, 54536 |
Анатомические термины микроанатомии |
Глия , также называемая глиальными клетками (единственный глиоцит ) или нейроглией , представляет собой ненейрональные клетки в центральной нервной системе ( головной и спинной мозг ) и периферической нервной системе , которые не продуцируют электрические импульсы. [1] Они поддерживают гомеостаз , формируют миелин в периферической нервной системе и обеспечивают поддержку и защиту нейронов . [2] В центральной нервной системе глиальные клетки включают олигодендроциты , астроциты ,эпендимальные клетки и микроглия , а в периферической нервной системе глиальные клетки включают шванновские клетки и сателлитные клетки . У них четыре основные функции: (1) окружать нейроны и удерживать их на месте; (2) для снабжения нейронов питательными веществами и кислородом ; (3) изолировать один нейрон от другого; (4) для уничтожения патогенов и удаления мертвых нейронов. Они также играют роль в нейротрансмиссии и синаптических связях [3] и в физиологических процессах, таких как дыхание . [4] [5] [6]В то время как считалось, что глия превосходит число нейронов в соотношении 10: 1, недавние исследования с использованием новых методов и переоценки исторических количественных данных показывают, что общее соотношение составляет менее 1: 1, со значительными различиями между различными тканями мозга. [7] [8]
Глиальные клетки обладают гораздо большим клеточным разнообразием и функциями, чем нейроны, и глиальные клетки могут реагировать на нейротрансмиссию и управлять ею разными способами. Кроме того, они могут влиять как на сохранение, так и на консолидацию воспоминаний. [1]
Глия была обнаружена в 1856 году патологоанатомом Рудольфом Вирховым в его поисках «соединительной ткани» в головном мозге . [9] Термин происходит от греческого γλία и γλοία «клей» [10] ( англ.: / ˈ ɡ l iː ə / или / ˈ ɡ l aɪ ə / ), и предполагает первоначальное впечатление, что они были клеем нервной система .
Происходит из эктодермальной ткани.
Место нахождения | Имя | Описание |
---|---|---|
ЦНС | Астроциты | Наиболее распространенный тип макроглиальных клеток в ЦНС , [11] астроциты (также называемые астроглиями ) имеют многочисленные выступы, которые связывают нейроны с их кровоснабжением, образуя гематоэнцефалический барьер . Они регулируют внешнюю химическую среду нейронов, удаляя избыток ионов калия и рециркулируя нейротрансмиттеры , высвобождаемые во время синаптической передачи . Астроциты могут регулировать вазоконстрикцию и вазодилатацию, продуцируя такие вещества, как арахидоновая кислота , метаболиты которой вазоактивны . Астроциты сигнализируют друг другу с помощью АТФ . Щелевые контакты (также известные как электрические синапсы ) между астроцитами позволяют молекуле-мессенджеру IP3 диффундировать от одного астроцита к другому. 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, сделанные из паннексинов . Чистый эффект представляет собой кальциевую волну, которая распространяется от клетки к клетке. Внеклеточное высвобождение АТФ и последующая активация пуринергических рецепторовна других астроцитах, в некоторых случаях также может опосредовать кальциевые волны. В целом существует два типа астроцитов, протоплазматические и фиброзные, сходные по функциям, но различающиеся по морфологии и распределению. Протоплазматические астроциты имеют короткие, толстые, сильно разветвленные отростки и обычно находятся в сером веществе . Волокнистые астроциты имеют длинные, тонкие, менее разветвленные отростки и чаще обнаруживаются в белом веществе . Недавно было показано, что активность астроцитов связана с кровотоком в головном мозге, и именно это на самом деле измеряется с помощью фМРТ . [12] Они также участвуют в нейронных цепях, играя тормозную роль после обнаружения изменений во внеклеточном кальции. [13] |
ЦНС | Олигодендроциты | Олигодендроциты представляют собой клетки, которые покрывают аксоны в центральной нервной системе (ЦНС) своей клеточной мембраной, образуя специализированную мембранную дифференцировку, называемую миелин , производя 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 (ЦСЖ) и бьют своими ресничками , помогая циркулировать ЦСЖ и создавая гемато-СМЖ барьер . Также считается, что они действуют как нервные стволовые клетки. [15] |
ЦНС | Радиальная глия | Клетки радиальной глии возникают из нейроэпителиальных клеток после начала нейрогенеза . Их способность к дифференцировке более ограничена, чем у нейроэпителиальных клеток. В развивающейся нервной системе радиальная глия функционирует как предшественники нейронов и как каркас, по которому мигрируют новорожденные нейроны. В зрелом мозге мозжечок и сетчатка сохраняют характерные радиальные глиальные клетки. В мозжечке это глия Бергмана , регулирующая синаптическую пластичность . В сетчатке радиальная клетка Мюллера представляет собой глиальную клетку, которая охватывает толщину сетчатки и, в дополнение к астроглиальным клеткам, [16]участвует в двунаправленной связи с нейронами. [17] |
ПНС | Шванновские клетки | Сходные по функциям с олигодендроцитами, шванновские клетки обеспечивают миелинизацию аксонов в периферической нервной системе (ПНС). Они также обладают фагоцитарной активностью и очищают клеточный мусор, что способствует повторному росту нейронов ПНС . [18] |
ПНС | Спутниковые ячейки | Сателлитные глиальные клетки представляют собой небольшие клетки, окружающие нейроны сенсорных, симпатических и парасимпатических ганглиев. [19] Эти клетки помогают регулировать внешнюю химическую среду. Как и астроциты, они связаны между собой щелевыми контактами и реагируют на АТФ повышением внутриклеточной концентрации ионов кальция. Они очень чувствительны к травмам и воспалению и, по-видимому, способствуют патологическим состояниям, таким как хроническая боль . [20] |
ПНС | Клетки кишечной глии | Встречаются во внутренних ганглиях пищеварительной системы . Считается, что клетки глии играют много ролей в кишечной системе , некоторые из них связаны с гомеостазом и процессами мышечного пищеварения. [21] |
Микроглия — специализированные макрофаги , способные к фагоцитозу , защищающие нейроны центральной нервной системы . [22] Они происходят из самой ранней волны мононуклеарных клеток, которые возникают в кровяных островках желточного мешка на ранней стадии развития и колонизируют мозг вскоре после того, как нейральные предшественники начинают дифференцироваться. [23]
Эти клетки находятся во всех областях головного и спинного мозга. Клетки микроглии маленькие по сравнению с клетками макроглии, с изменяющейся формой и продолговатыми ядрами. Они подвижны внутри мозга и размножаются при повреждении мозга. В здоровой центральной нервной системе отростки микроглии постоянно исследуют все аспекты своего окружения (нейроны, макроглию и кровеносные сосуды). В здоровом мозге микроглия направляет иммунный ответ на повреждение головного мозга и играет важную роль в воспалении, сопровождающем повреждение. Многие заболевания и расстройства связаны с дефицитом микроглии, такие как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и БАС .
Питуициты задней доли гипофиза представляют собой глиальные клетки с характеристиками, общими с астроцитами. [24] Танициты в срединном возвышении гипоталамуса представляют собой тип эпендимальных клеток , которые спускаются из радиальной глии и выстилают основание третьего желудочка . [25] Drosophila melanogaster , плодовая мушка, содержит многочисленные типы глии, которые функционально сходны с глией млекопитающих, но, тем не менее, классифицируются иначе. [26]
В целом клетки нейроглии меньше нейронов. В человеческом мозгу примерно 85 миллиардов глиальных клеток [8] , примерно столько же, сколько нейронов. [8] Глиальные клетки составляют около половины всего объема головного и спинного мозга. [27] Соотношение глии и нейронов варьируется от одной части мозга к другой. Соотношение глии и нейронов в коре головного мозга составляет 3,72 (60,84 миллиарда глии (72%); 16,34 миллиарда нейронов), а в мозжечке - всего 0,23 (16,04 миллиарда глии; 69,03 миллиарда нейронов). Соотношение в сером веществе коры головного мозга составляет 1,48, при этом 3,76 для серого и белого вещества вместе взятых. [27] Соотношение базальных ганглиев, промежуточного мозга и ствола головного мозга вместе взятых составляет 11,35. [27]
Общее количество клеток глии в головном мозге человека распределяется по разным типам , причем наиболее часто встречаются олигодендроциты (45–75%), за ними следуют астроциты (19–40%) и микроглия (около 10% или менее). [8]
Большая часть глии происходит из эктодермальной ткани развивающегося эмбриона , в частности из нервной трубки и гребня . Исключение составляют микроглии , происходящие 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. Эти глии включают олигодендроциты, эпендимальные клетки и астроциты. В периферической нервной системе глия происходит из нервного гребня. Эти ПНС-глии включают шванновские клетки в нервах и сателлитные глиальные клетки в ганглиях.
Глия сохраняет способность к клеточным делениям во взрослом возрасте, в то время как большинство нейронов не могут. Эта точка зрения основана на общей неспособности зрелой нервной системы к замещению нейронов после повреждения, такого как инсульт или травма, где очень часто наблюдается значительная пролиферация глии, или глиоз , вблизи или в месте повреждения. Однако детальные исследования не обнаружили доказательств того, что «зрелая» глия, такая как астроциты или олигодендроциты , сохраняет способность к митозу. 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 способными к митозу [29] [30] [31] , все еще развивается. В прошлом глию считали [ кем? ] отсутствие некоторых особенностей нейронов. Например, считалось, что глиальные клетки не имеют химических синапсов или не выделяют медиаторы . Их считали пассивными наблюдателями нервной передачи. Однако недавние исследования показали, что это не совсем так. [32]
Некоторые глиальные клетки функционируют в основном как физическая опора для нейронов. Другие снабжают нейроны питательными веществами и регулируют внеклеточную жидкость мозга, особенно окружающие нейроны и их синапсы . Во время раннего эмбриогенеза глиальные клетки управляют миграцией нейронов и продуцируют молекулы, модифицирующие рост аксонов и дендритов . Некоторые глиальные клетки демонстрируют региональное разнообразие в ЦНС, и их функции могут различаться в разных регионах ЦНС. [33]
Глия играет решающую роль в развитии нервной системы и в таких процессах, как синаптическая пластичность и синаптогенез . Глия играет роль в регуляции восстановления нейронов после повреждения. В центральной нервной системе (ЦНС) глия подавляет восстановление. Глиальные клетки, известные как астроциты , увеличиваются и пролиферируют, образуя рубец и продуцируя молекулы-ингибиторы, которые препятствуют повторному росту поврежденного или разорванного аксона. В периферической нервной системе (ПНС) глиальные клетки, известные как шванновские клетки(или также как нейри-леммоциты) способствуют восстановлению. После повреждения аксона шванновские клетки регрессируют к более раннему состоянию развития, чтобы стимулировать повторный рост аксона. Это различие между ЦНС и ПНС порождает надежду на регенерацию нервной ткани в ЦНС. Например, спинной мозг можно восстановить после травмы или разрыва.
Олигодендроциты обнаруживаются в ЦНС и напоминают осьминога: они имеют выпуклые клеточные тела с до пятнадцатью отростками, похожими на руки. Каждый отросток доходит до аксона и закручивается вокруг него, образуя миелиновую оболочку. Миелиновая оболочка изолирует нервное волокно от внеклеточной жидкости и ускоряет проведение сигнала по нервному волокну. [34] В периферической нервной системе шванновские клетки отвечают за выработку миелина. Эти клетки обволакивают нервные волокна ПНС, многократно обвивая их. Этот процесс создает миелиновую оболочку, которая не только способствует проводимости, но и способствует регенерации поврежденных волокон.
Астроциты являются важными участниками трехстороннего синапса . [35] [36] [37] [38] Они выполняют несколько важных функций, включая выведение нейротрансмиттеров из синаптической щели , что помогает различать отдельные потенциалы действия и предотвращает токсическое накопление определенных нейротрансмиттеров, таких как глутамат , который в противном случае может привести 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 регенерации утраченных нервных функций, потеря нейронов в ЦНС не приводит к аналогичной реакции нейроглии. [18] В ЦНС отрастание происходит 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 развитии болезни Альцгеймера, начинают противоречить полезности этой функции и даже утверждают, что она может «усугублять» болезнь. [41]В дополнение к влиянию на потенциальное восстановление нейронов при болезни Альцгеймера, рубцевание и воспаление глиальных клеток также участвуют в дегенерации нейронов, вызванной боковым амиотрофическим склерозом . [42]
В дополнение к нейродегенеративным заболеваниям широкий спектр вредных воздействий, таких как гипоксия или физическая травма, может привести к конечному результату физического повреждения ЦНС. [40] Как правило, когда происходит повреждение ЦНС, глиальные клетки вызывают апоптоз среди окружающих клеточных тел. [40] Затем возникает большая активность микроглии , что приводит к воспалению, и, наконец, происходит сильное высвобождение молекул, ингибирующих рост. [40]
Хотя глиальные клетки и нейроны, вероятно, впервые наблюдались одновременно в начале 19 века, в отличие от нейронов, чьи морфологические и физиологические свойства были непосредственно наблюдаемы первыми исследователями нервной системы, глиальные клетки считались просто «клеем», который удерживали нейроны вместе до середины 20 века. [43]
Глия была впервые описана в 1856 году патологоанатомом Рудольфом Вирховым в комментарии к его публикации 1846 года о соединительной ткани. Более подробное описание глиальных клеток было дано в книге 1858 года «Целлюлярная патология» того же автора. [44]
Когда были проанализированы маркеры для 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] Тем не менее, из 28 статистических сравнений между мозгом Эйнштейна и контрольным мозгом обнаружение одного статистически значимого результата неудивительно, а утверждение о том, что мозг Эйнштейна отличается, не является научным (см . Проблема множественных сравнений ). [46]
В ходе эволюции увеличивается не только соотношение глии и нейронов, 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 смещать специфическую для нейронов перспективу в сторону более целостного взгляда на мозг, который также охватывает глиальные клетки. На протяжении большей части двадцатого века ученые игнорировали глиальные клетки как простые физические каркасы для нейронов. В недавних публикациях было высказано предположение, что количество глиальных клеток в мозгу коррелирует с интеллектом вида. [48]
Викискладе есть медиафайлы, связанные с Глиа . |