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神经胶质细胞和神经元是神经系统的两大重要组成部分,神经元具有感受、传递、处理、反馈各种信息的能力,而神经胶质细胞则承担着支持、绝缘、营养和保护神经元的作用。长久以来人们普遍认为神经胶质细胞的功能相比神经元更加辅助和被动。20世纪90年代初开始,研究人员发现星形胶质细胞(神经胶质细胞的一种)内存在着钙离子水平的变化,某个星形胶质细胞的钙离子水平变化甚至可以使周围相邻的星形胶质细胞也发生钙离子水平变化,从而引发局部“钙波”的传递,这有些类似于神经元之间的信息传递,这些现象在后来的活体鼠脑中也同样被证实。由于钙离子变化在神经系统中具有独特的重要意义,人们相信神经胶质细胞也可能存在类似于神经元的“活化”和“非活化”状态,神经胶质细胞之间可以通过“钙波”的方式传递信息。作为一种重要的模式生物,秀丽隐杆线虫具有完整的神经系统和功能。位于线虫头部的amphid sheath glial cell(AMsh glia)与包括嗅觉感受相关的多个感觉神经元的末梢直接联系,并对这些神经元正常功能的维持发挥重要作用。在对AMsh glia的研究中我们发现,高浓度1%异戊醇(isoamyl alcohol,IAA)可以引起AMsh glia的钙离子水平显著升高,这与感觉神经元ASH的激活非常相似,但AMsh glia钙离子水平升高的速率相比神经元较为缓慢,不同时长、浓度的IAA的刺激会得到差异很大的AMsh glia钙离子升高、维持、回落方式。在对更多线虫化学刺激因子的尝试中发现,只有线虫排斥性气味物质能引起AMsh glia的钙离子水平升高,而各种浓度的线虫趋向性气味物质和排斥性非气味物质均不能引起AMsh glia的钙离子水平升高,说明AMsh glia仅在线虫排斥性气味物质的感受中被激活。由于AMsh glia具有不同于相邻嗅觉感受神经元的独特的响应谱,我们认为AMsh glia可能具有独立感受排斥性气味物质的能力。基于此我们分别用Capsaicin-TRPV1体系和组胺-HisCl1体系来激活和抑制神经元,发现激活神经元不能引起AMsh glia的钙升高,抑制神经元也不能阻止AMsh glia对IAA的钙升高,这更加肯定了 AMsh glia独立感受排斥性气味物质的推测。通过一系列的突变和拯救实验,我们发现CNG 通道 TAX-2、TRPV 通道 OSM-9、Gα 蛋白 GPA-3 直接参与 AMsh glia 对 IAA的钙升高过程.IAA引起的AMsh glia胞内Ca2+升高依赖于IP3R/ITR-1介导的内质网内钙库释放和TAX-2/OSM-9介导的胞外Ca2+内流。单细胞RT-PCR实验则证实了tax-2、osm-9、gpa-3、itr-1等基因的转录物的确存在于AMsh glia中。本研究首次发现了线虫AMsh glia对以高浓度IAA为代表的排斥性气味物质具有独立感知能力,并初步阐明了一些参与其中的重要蛋白分子的功能,这些新发现为进一步深入研究神经胶质细胞在神经系统中的作用提供了一些参考和基础。