传统上，科学家认为星形星形细胞称为星形胶质细胞，是其健谈的线状邻居(称为神经元)的稳定，安静的支持者。现在，NIH研究表明星形胶质细胞也可能有发言权。结果表明，大脑呼吸中枢的星形胶质细胞沉默导致大鼠呼吸速度降低，并使跑步机上的轮胎比正常人更早疲劳。这些只是通过操纵星形胶质细胞与邻近细胞的通讯方式而引起的呼吸变化的两个例子。
“几十年来，我们一直认为呼吸完全是由大脑中的神经元控制的。我们的结果表明，星形胶质细胞可以积极地帮助控制呼吸的节奏，”美国国立卫生研究院国家神经疾病和中风研究所(NINDS)的高级研究员，《自然》杂志上发表的这项研究的资深作者Jeffrey C. Smith博士说。通讯。“这些结果增加了越来越多的证据，这些证据正在改变我们对星形胶质细胞和大脑工作方式的看法。”
史密斯博士的实验室研究了preBötzinger复合体(他的实验室帮助发现的大脑呼吸中枢)中神经元的节律性发射如何控制呼吸。在这项研究中，他的团队与伦敦大学学院(UCL)教授Alexander Gourine博士合作，该实验室的研究发现，大脑邻近部位的星形胶质细胞可以通过感知血液中二氧化碳水平的变化来调节呼吸。
大脑的至少一半由称为神经胶质的细胞组成，其中大多数是星形胶质细胞。最近的科学家表明，星形胶质细胞可以通过发射或释放化学信息(称为递质)到邻近细胞，像神经元一样进行交流。
在这项研究中，科学家通过遗传修饰preBötzinger复合物中星形胶质细胞释放递质的能力，测试了星形胶质细胞在呼吸中的作用。当它们通过减少递质的释放使大鼠的星形胶质细胞安静下来时，它们的呼吸和叹气速度低于正常水平。相反，如果它们通过增加传播使星形胶质细胞聊天，则大鼠的呼吸频率更高，并且叹息的频率更高。
研究小组还测试了沉默星形胶质细胞如何影响大鼠对氧气和二氧化碳水平变化的反应。尽管当氧气水平较低或二氧化碳水平较高时，大鼠的呼吸速率会增加，但仍低于正常水平。沉默的星形胶质细胞也降低了大鼠在较低的氧气水平下叹气的速率。而且，老鼠比正常人早得多筋疲力尽。他们只能跑出普通老鼠在跑步前在跑步机上跑步的一半距离。
呼吸的主要目标是对生命至关重要的二氧化碳和氧气的交换。我们的研究结果支持星形胶质细胞帮助大脑将这些气体的变化转化为呼吸这一想法。” Shahriar Sheikhbahaei博士说，他曾是UCL的博士生，NIH研究生合作计划的参与者，也是该研究的主要作者。 。
最后，研究小组表明，这些星形胶质细胞使用三磷酸腺苷(ATP)与大脑中的其他细胞进行通讯。在正常和低氧水平下，失活释放的ATP会降低静息呼吸速率和叹息频率。
Smith博士说：“我们的研究结果使我们对大脑在正常和疾病条件下如何控制呼吸的理解更加深入。”“我们计划沿着这条路来了解星形胶质细胞如何帮助控制呼吸的其他方面。”
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