星形膠質細胞是大腦組織中的主要神經膠質細胞類型，在大腦穩態、神經回路的發育、完善和功能中發揮重要作用。它們具有廣泛分支的突起，通過突觸周圍星形膠質細胞突起（PAPs）與數十萬個突觸接觸，形成 “三方突觸”，這擴展了經典突觸僅由神經元元素組成的觀點。

盡管近年來對星形膠質細胞在調節神經回路和動物行為方面的重要性有了更多認識，但仍存在許多未知。例如，星形膠質細胞整合到神經回路并控制單個突觸的細胞和分子基礎尚不清楚，三方突觸的形成和動態變化、PAPs 識別和維持合適伙伴的分子機制、PAPs 功能與星形膠質細胞形態復雜性的關系，以及三方突觸在不同星形膠質細胞群體中的異質性等問題都有待解決 。

研究神經元間特殊細胞連接 —— 突觸的經典細胞生物學方法，為解決星形膠質細胞與神經元相互作用的細胞和分子基礎問題提供了思路。神經元中的許多細胞黏附分子（CAMs）在突觸形成、功能和重塑中起關鍵作用，星形膠質細胞的 CAMs 可能通過與 F - 肌動蛋白和細胞內信號傳導的聯系影響 PAPs 動態和星形膠質細胞形態，同時通過與神經元黏附蛋白和 ECM 的細胞間連接，促進三方突觸的形成和可塑性，還可能參與星形膠質細胞合胞體的形成和功能 。

近期轉錄組和蛋白質組學研究發現，星形膠質細胞表達在突觸形成和可塑性中起作用的 CAMs，為探索星形膠質細胞與神經元的相互作用提供了新機會。本文將重點介紹關于 CAMs、連接蛋白和 ECM（特別是神經周圍網，PNNs）三個相關主題的研究，這些研究揭示了星形膠質細胞形態與突觸和回路功能調節之間的關鍵聯系，有助于從黏附機制角度揭示星形膠質細胞整合到突觸回路的基礎。

細胞間接觸的黏著連接由跨膜蛋白鈣黏蛋白（經典鈣黏蛋白家族成員：E-、N - 和 P - 鈣黏蛋白）和連環蛋白（即 α-、β- 和 p120 - 連環蛋白）組成，連環蛋白與鈣黏蛋白的細胞內結構域結合。鈣黏蛋白 - 連環蛋白復合物在介導相鄰細胞間 Ca²⁺依賴的同源黏附中起關鍵作用，可組織肌動蛋白細胞骨架并調節基因轉錄，控制細胞運動、組織穩定性、修復和形態發生等重要生理過程。

已有研究報道，星形膠質細胞表達 E - 和 N - 鈣黏蛋白以及 β- 和 δ- 連環蛋白，它們在調節星形膠質細胞形態和突觸功能中發揮作用。在連環蛋白家族中，δ- 連環蛋白（一種 p120 - 連環蛋白）將鈣黏蛋白與突觸支架蛋白（如 Erbin、PSD-95 和 S-SCAM）連接起來 。它主要在樹突中表達，促進樹突伸長和分支，其基因缺失會損害突觸可塑性和認知行為 。盡管曾認為 δ- 連環蛋白是神經元特異性的，但最近研究發現，皮質星形膠質細胞中也存在 δ- 連環蛋白，其在小鼠中約 2 周時的表達峰值，與星形膠質細胞復雜形態發生的時期一致。星形膠質細胞的 δ- 連環蛋白與 N - 鈣黏蛋白結合，可穩定星形膠質細胞表面的 N - 鈣黏蛋白，促進其與神經元 N - 鈣黏蛋白的同源相互作用，這對星形膠質細胞形態發生至關重要，但不影響興奮性突觸密度 。因此，N - 鈣黏蛋白 /δ- 連環蛋白復合物是控制星形膠質細胞形態發生的眾多黏附蛋白復合物之一，且其是否調節突觸可塑性和行為，以及是否涉及與神經元 N - 鈣黏蛋白的同源結合，仍有待研究 。

另一種連環蛋白家族成員 β- 連環蛋白，在神經元中可將鈣黏蛋白錨定到突觸 F - 肌動蛋白上，調節突觸結構和功能，還可轉移到細胞核中調節 Wnt 靶基因的表達 。在星形膠質細胞中，β- 連環蛋白也有多種作用。有研究提出，它是星形膠質細胞機械損傷的傳感器，損傷時 β- 連環蛋白從鈣黏蛋白上釋放并轉移到細胞核，促進參與愈合過程（包括星形膠質細胞反應性）的蛋白質編碼基因的轉錄 。此外，β- 連環蛋白還通過一種不依賴于神經元接觸的細胞自主機制，影響星形膠質細胞成熟和突觸功能。研究表明，Wnt/β- 連環蛋白通路可調節與間隙連接和突觸功能相關的基因轉錄，在星形膠質細胞成熟前條件性敲除 Wnt/β- 連環蛋白通路的核效應器 TCF7L2，會導致皮質星形膠質細胞的異常平鋪、間隙連接耦合受損、興奮性突觸發生增加，以及興奮性突觸傳遞適度增加和異常社會行為，但認知和學習能力無變化 。該通路還可通過調節星形膠質細胞中 EAAT2 和谷氨酰胺合成酶的表達，影響皮質興奮，這兩種蛋白分別介導突觸谷氨酸的再攝取及其催化生成谷氨酰胺的過程 �？傊�，星形膠質細胞 β- 連環蛋白通過轉錄調節 Wnt 靶基因，在調節星形膠質細胞形態和突觸活動中發揮作用。有趣的是，星形膠質細胞神經連接蛋白也被認為可通過轉錄調節控制星形膠質細胞形態 。

由于鈣黏蛋白 - 連環蛋白復合物高度多樣化，在闡明神經元 - 星形膠質細胞接觸的機制時，需要仔細考慮復合物中每個成分的具體作用 。

神經連接蛋白（Nlgns）和神經配蛋白（Nrxns）是關鍵的突觸 CAMs，有助于突觸特異性，對神經網絡調節至關重要。在小鼠中，四種神經連接蛋白異構體中，Nlgn1 定位于興奮性突觸，而 Nlgn2 位于抑制性突觸 。研究發現，星形膠質細胞也表達 Nlgn1 - 3，Eroglu 及其同事首次報道，星形膠質細胞的 Nlgn 與神經元的 Nrxn 接觸，可驅動皮質星形膠質細胞的形態發育，并伴隨突觸活動的變化 。

兩項近期研究進一步探索了星形膠質細胞 Nlgn3 在大腦功能中的作用。一項研究聚焦于小腦的一種星形膠質細胞 —— 伯格曼膠質細胞，它大量表達 Nlgn3 。通過基因組編輯標記內源性星形膠質細胞 Nlgn3，發現該蛋白主要定位于內質網和線粒體等細胞內細胞器。條件性敲除星形膠質細胞 Nlgn3 對突觸數量或功能無顯著影響，但會改變小腦和皮質中各種細胞類型的基因表達模式，并伴隨社會新奇行為的變化 。因此，至少在小腦中，星形膠質細胞 Nlgn3 可能通過影響基因表達而非（或除了）直接影響突觸來調節大腦功能，不過其導致轉錄變化的機制仍有待闡明 。

另一項研究表明，腹側海馬中的星形膠質細胞 Nlgn3 是突觸可塑性和社會記憶的關鍵調節因子 。具體而言，敲除星形膠質細胞 Nlgn3 會通過上調興奮性氨基酸轉運體 2（EAAT2）增強谷氨酸攝取，促進谷氨酸攝取會阻礙星形膠質細胞激活，減少 ATP / 腺苷釋放，損害長時程增強（LTP） 。然而，用腺苷或 A2a 受體激動劑處理海馬切片，可挽救 Nlgn3 基因敲除小鼠的 LTP 。行為學上，敲除星形膠質細胞 Nlgn3 會破壞社會識別記憶，但不影響社交能力或運動功能 。值得注意的是，在成年大腦中破壞 Nlgn3 對星形膠質細胞形態或突觸結構沒有影響 。因此，星形膠質細胞 Nlgn3 通過限制腹側海馬中 EAAT2 蛋白表達來調節突觸可塑性和記憶 。

連環蛋白并非唯一在星形膠質細胞形態發生中起作用的膜 - 細胞骨架連接蛋白。Ezrin 是 ezrin - radixin - moesin（ERM）家族成員，調節星形膠質細胞突起的結構可塑性，這對星形膠質細胞與突觸的相互作用至關重要 。由于微絨毛的精細結構與星形膠質細胞 PAPs 相似，最初人們推測 ezrin 可能參與星形膠質細胞 PAPs 的形成 。Ezrin 通過其 C 末端結構域結合 F - 肌動蛋白，通過 N 末端區域與質膜蛋白結合，其激活需要 PIP2 結合和磷酸化 。

在大腦中，ezrin 幾乎只在星形膠質細胞中表達，大部分磷酸化的 ezrin 定位于 PAPs 。其亞細胞分布模式與常用的星形膠質細胞標記物（如膠質纖維酸性蛋白和 S100β，它們標記細胞體和初級分支）不同 。在體內，ezrin 與谷氨酰胺合成酶（一種 PAP 標記物）和突觸素（一種突觸前標記物）共定位，進一步證實了它在靠近突觸的星形膠質細胞 PAPs 中的作用 。實驗表明，阻斷 ezrin 與 F - 肌動蛋白的結合，會減少培養物中星形膠質細胞絲狀偽足的數量、長度和運動性，體內敲低 ezrin 同樣會降低星形膠質細胞突起的復雜性 。

Ezrin 促進星形膠質細胞絲狀偽足運動性的作用，需要 mGluR3/5 和 Ca²⁺信號傳導 。破壞星形膠質細胞 Ca²⁺信號會降低 ezrin 表達并改變星形膠質細胞形態，而過表達 ezrin 可逆轉這種變化 。最近一項研究明確了 ezrin 依賴的 PAPs 動態調節的生理重要性 。在小鼠海馬中耗盡星形膠質細胞 ezrin，會降低星形膠質細胞形態復雜性，導致 PAPs 從突觸間隙縮短和回縮，這會促進谷氨酸溢出和 N - 甲基 - D - 天冬氨酸（NMDA）受體激活，增強突觸效能和恐懼記憶 。

重要的是，ezrin 與支架蛋白 SAPAP3 相互作用，而 SAPAP3 與強迫癥（OCD）的病理生理學相關 。蛋白質組學研究發現，紋狀體星形膠質細胞中 SAPAP3 表達豐富，尤其是在 PAPs 中 。蛋白質相互作用分析表明，SAPAP3 參與與突觸谷氨酸調節、穩態和肌動蛋白組織相關的通路；SAPAP3 基因敲除小鼠的 ezrin 活性、F - 肌動蛋白水平和星形膠質細胞區域均降低 。隨后研究發現，在成年紋狀體星形膠質細胞中恢復其形態，可改善 SAPAP3 基因敲除小鼠的 OCD 樣行為。在紋狀體星形膠質細胞中表達 SAPAP3 或通過化學遺傳學挽救 SAPAP3 基因敲除小鼠中受損的 Gi-GPCR 信號，可減少 OCD 樣行為，恢復星形膠質細胞區域，并增強神經元活動 。這一發現揭示了一種可恢復星形膠質細胞形態和行為障礙的信號通路，為開發緩解 OCD 樣癥狀的治療干預措施提供了基礎 。

除了神經元 - 星形膠質細胞黏附機制外，皮質發育還涉及星形膠質細胞 - 星形膠質細胞黏附，其中一個關鍵介質是同源黏附蛋白 HepaCAM（也稱為 GlialCAM） 。研究發現，敲除星形膠質細胞的 HepaCAM 會降低體內和體外星形膠質細胞的形態復雜性 。相反，敲低神經元的 HepaCAM 對星形膠質細胞形態沒有影響，這表明星形膠質細胞 HepaCAM 的功能不需要與神經元 HepaCAM 結合 。體外拯救實驗表明，HepaCAM 的細胞外和細胞內結構域都與連接蛋白協同促進星形膠質細胞形態復雜性 。HepaCAM 也存在于抑制性突觸附近的 PAPs 中，敲除星形膠質細胞的 HepaCAM 會降低抑制性突觸密度，改變興奮和抑制的平衡 。雖然星形膠質細胞 HepaCAM 優先與抑制性突觸相關的 PAPs 并置的基礎尚待闡明，但該研究強調了星形膠質細胞結構精細化在神經元回路穩態中的重要性 。

星形膠質細胞中的間隙連接主要由連接蛋白亞基 Cx43 和 Cx30 形成 。間隙連接耦合允許細胞間交換離子、神經調節劑和代謝物，星形膠質細胞合胞體可控制細胞外 K⁺和谷氨酸水平，并促進對神經元的代謝供應 。近期研究為星形膠質細胞連接蛋白在突觸和神經元回路功能中的作用提供了新見解 。

在一種情況下，連接蛋白與黏附蛋白協同調節星形膠質細胞形態發生 。在上述關于 HepaCAM 的研究中，沉默培養的星形膠質細胞中的 HepaCAM，不僅會損害星形膠質細胞形態復雜性，還會使 Cx43 定位錯誤，而表達抗內吞作用的 Cx43 突變體足以挽救星形膠質細胞的形態缺陷 。因此，維持細胞表面穩定的 Cx43 池對促進星形膠質細胞形態發生似乎很重要 。

星形膠質細胞連接蛋白也有助于調節神經元興奮性 。兩項研究突出了它們在調節神經元超極化后（AHP）電流中的作用 。一項研究中，在海馬星形膠質細胞中外源過表達 Cx30，會改變 KCNQ 電壓門控 K⁺通道活性，增加 AHP 電流幅度和持續時間，并降低突觸傳遞和可塑性 。另一項研究發現，同時敲除 Cx30 和 Cx43 會增加細胞外 K⁺水平，伴隨 KCNQ 通道活性改變，降低神經元 AHP 。因此，星形膠質細胞連接蛋白影響單個神經元的興奮性，進而調節神經網絡的整體活動 。

PNN 是一種密集的 ECM，主要圍繞表達小白蛋白（PV）的皮質抑制性神經元 。最近發現，星形膠質細胞的 Cx30 在小鼠視覺皮質可塑性的關閉中，涉及 PNN 發揮意想不到的作用 。Cx30 在關鍵期結束時表達最高，成年小鼠通過黑暗暴露重新開啟視覺皮質可塑性時，其水平下降 。這些觀察結果表明，Cx30 在關鍵期關閉中起因果作用，植入低 Cx30 水平的新生星形膠質細胞或 Cx30 基因敲除小鼠的成熟星形膠質細胞，可重新開啟成年動物的視覺可塑性，進一步支持了這一觀點 。此外，Cx30 缺陷小鼠的關鍵期關閉延遲、PNN 較小，且興奮 / 抑制平衡改變，這是異常發育性回路完善的標志性特征 。蛋白質組學分析確定了 RhoA-ROCK2-MMP9 是 Cx30 抑制以關閉關鍵期的下游靶通路 。因此，星形膠質細胞網絡通過依賴 Cx30 的信號傳導調節 PNN 狀態，該信號傳導靶向一種基質金屬蛋白酶，從而控制視覺皮質的可塑性 。鑒于 Cx30 廣泛的表達模式，其是否在其他腦區調節 ECM 和神經元可塑性，值得進一步研究 。值得注意的是，在果蠅中報道了星形膠質細胞在關閉運動回路關鍵期中的作用，不過在這種情況下需要星形膠質細胞與神經元之間的 Nlgn-Nrxn 相互作用以及樹突微管的穩定 。

PNN 緊密包裹 PV 神經元的細胞體和軸突起始段，但有小穿孔，軸突終末在穿孔處形成軸體突觸 。最近發現，這些穿孔還含有表達 Kir4.1 通道和 GLT1 轉運體的 PAPs，它們對從突觸間隙清除 K⁺和谷氨酸至關重要 。PNN 穿孔與三方突觸的緊密整合，表明星形膠質細胞與 PNN 之間存在協同關系，PNN 作為擴散屏障，PAPs 可在其中有效清除突觸分子，防止興奮性毒性或膜興奮性破壞 。反過來，星形膠質細胞通過限制 PNN 降解來幫助穩定 PNN，例如通過 Cx30 抑制 MMP9 。值得注意的是，降解 PNN 會增加星形膠質細胞對 PV 神經元的覆蓋，但不影響突觸，這表明這是對升高的 K⁺和谷氨酸溢出的一種保護反應 。鑒于 PNN 缺失與阿爾茨海默病等病理狀況相關，依賴星形膠質細胞的 PNN 調節可能作為一種潛在的治療策略 。

Neurocan 是凝集素家族的一種硫酸軟骨素蛋白聚糖，是 ECM/PNN 的主要成分 。Neurocan 與神經元 CAMs 結合，調節軸突導向、神經突生長和突觸可塑性 。最近有報道顯示，星形膠質細胞分泌的 Neurocan 在生長抑素陽性抑制性輸入的突觸形成中起作用 。小鼠中 Neurocan 缺失會減少前扣帶回皮質中生長抑素陽性抑制性突觸小體和抑制性突觸傳遞 。星形膠質細胞促進特定類型抑制性突觸的形成很重要，揭示星形膠質細胞通過分泌因子與其細胞表面蛋白協同支持多種類型突觸形成的機制，將是一個有趣的研究方向 。

總之，星形膠質細胞的黏附機制與 PAPs 的形成和功能密切相關，反映在星形膠質細胞形態復雜性程度以及它們與突觸網絡相互作用的能力上 。驅動 PAPs 活動和星形膠質細胞形態成熟的機制涉及多個參與者，它們共享許多與神經元細胞 - 細胞黏附和細胞 - ECM 接觸相同的成分 。相關分子在發育和區域特異性表達模式上的差異，進一步增加了其復雜性 。星形膠質細胞本身是一個多樣且高度異質的細胞群體，即使在齒狀回等小的腦區也是如此，這表明星形膠質細胞會適應與其相互作用的回路 。此外，對于單個星形膠質細胞的 PAPs 之間的分區和專業化程度，人們了解甚少，而這可能為