星形膠質細胞

星形膠質細胞是膠質細胞中胞體最大的，直徑3-5微米，核呈圓球形常位於中央，用經典的銀染色法顯示此類膠質細胞呈星形。星形膠質細胞從胞體發出許多長而分支的突起，伸展充填在神經細胞的胞體及其突起之間，起支持和分隔神經細胞的作用。細胞突起的末端常膨大形成腳板（ footplate）或終足（ endfoot），有些腳板貼附在鄰近的毛細血管壁上，因此這些腳板又被稱為血管足或血管周足;某些星形細胞突起還附着在腦脊髓軟膜和室管膜的下膜上，把軟膜、室管膜與神經元分隔開。相鄰的星形膠質細胞之間通過縫隙連接相互聯繫，使細胞形成同步活動電鏡下星形膠質細胞中游離核糖核蛋白體和粗麪內質網均很少，糖原顆粒豐富，有大量的稱為膠質絲（ glial filament）的原纖維。 ^[3] 

在用尼氏法等一般染色組織切片中，星形膠質細胞的核比其他膠質細胞的核大，呈圓形或卵圓形，常染色質多，異染色質少而分散，故染色淺，核仁不明顯。胞質中沒有尼氏體，但具有一般的細胞器。胞質中含有大量交錯排列的原纖維，伸入到胞突中並與胞突平行行走，是構成細胞骨架的主要成分。原纖維的超微結構是一種中間絲，稱為膠質絲（glial filament），其直徑介於微管（25nm）和微絲（6nm）之間，由相對分子質量為47000-50000的蛋白質組成，此類蛋白質被稱作為膠原原纖維酸性蛋白（glial fibrillary acid protein，GFAP）。利用細胞免疫法證明GFAP僅存在於星形膠質細胞的胞體中，因此可利用GFAP的特異性抗體來檢測星形膠質細胞。 ^{[1]  [5]} 

相鄰星形細胞之間以及相鄰腳板之間有縫隙連接。星形膠質細胞之間的細胞間隙狹窄，僅約3nm，內含組織液。縫隙連接又稱縫管連接或接合膜（nexus），是由大量連接小體（connexon）有規律地成平板狀排列的連接。每個連接小體又由6個亞單位鑲嵌蛋白組成，這種蛋白被稱為連接蛋白或接合素（connexin）。連接小體的中央有一中央小管（centralcanaliculum）通連相鄰細胞。星形膠質細胞之間的縫隙連接主要由接合素43（CX43）構成。 ^[1] 

星形膠質細胞比腦內其他任何類型的細胞具有更廣泛的縫隙連接，由此使得星形膠質細胞類似於合胞體樣結構。這種縫隙連接的功能為：加強相鄰細胞的連接；細胞通訊，其方式為離子偶聯以及代謝物偶聯。離子偶聯即電偶聯，可使細胞形成同步活動。而代謝偶聯則能使單糖、氨基酸、核苷酸、維生素以及激素和其他一些低分子物質自由通過縫隙連接。 ^[1] 

根據膠質絲的含量以及胞突的形狀可將星形膠質細胞分為兩種 ^[1]  ：

纖維性星形膠質細胞（fibrous astrocyte）多分佈在腦脊髓的皮質，突起細長，分支較少，胞質中含大量膠質絲，又稱蜘蛛細胞（spider cell）； ^[1] 

原漿性星形膠質細胞（protoplasmic astrocyte），多分佈在灰質，細胞突起粗短，分支多。胞質內膠質絲較少，又稱苔狀細胞（mossycell）。 ^[1] 

電鏡下星形膠質細胞的胞核有缺失，胞質較清亮，遊離核糖核蛋白體和粗麪內質網均很少，糖原顆粒豐富，有大量的膠質絲。纖維形星形膠質細胞的突起呈長圓柱形，而原漿性星形膠質細胞的突起呈薄片狀，並常包裹着神經細胞及其突觸（不伸入突觸間隙）。星形膠質細胞的腳板與血管內皮細胞之間相隔一層基板，腳板質膜與基板接觸處有半橋粒結構。 ^[1] 

除上述典型的星形膠質細胞外，還有幾種特殊類型的星形膠質細胞。如小腦的伯格曼膠質細胞（Bergmanglial cell）；視網膜的米勒細胞（Muller glial cell），又稱放射狀膠質細胞（radial neuroglia cell）；腦垂體的垂體細胞和正中隆起等處的伸展細胞（tanycyte）。 ^[1] 

星形神經膠質細胞的功能主要有:

（1）鉀離子空間緩衝。星形膠質細胞對胞外鉀離子具有空間緩衝作用，可以維持神經元周圍離子平衡。當神經元產生動作電位時，鉀離子從神經元胞內流出突觸間隙內鉀離子濃度暫時升高，星形膠質細胞可以通過膜上鉀通道攝取部分鉀離子，並通過星形膠質細胞間的縫隙連接將鉀離子傳遞到相鄰的其他星形膠質細胞，維持了神經元附近的鉀離子的合適濃度。 ^[3] 

（2）遞質代謝。星形膠質細胞是穀氨酸（Glu）和γ-氨基丁酸（GABA）代謝的場所，穀氨酸和GABA被神經元釋放後都可以被星形膠質細胞所攝取，經酶催化後可轉變為谷氨醯胺（Gln），Gln是可以分別被穀氨酸能和GABA能神經元利用的前體，分別可以被轉變為穀氨酸和GABA。另外，圍繞突觸的星形膠質細胞可以構成一道屏障，避免遞質從突觸間隙擴散出去。 ^[3] 

（3）營養和保護作用。在神經發育中的作用，星形膠質細胞的終足幾乎包被腦毛細血管80%以上的面積，而其與腦毛細血管內皮細胞之間的緊密連接可能是形成血腦屏障的基礎，並從血液中攝取營養物質供應神經元。在胚胎髮育初期放射狀膠質細胞可以引導神經細胞遷移。在中樞神經系統受損後，星形膠質細胞進行有絲分裂，容易形成膠質瘢痕。 ^[3] 

（4）星形膠質細胞可能參與了跨突觸的信號傳遞過程。星狀膠質細胞可以釋放D-絲氨酸對神經元的長時程增強（LTP）的產生起重要作用及釋放ATP對神經元活動產生異突觸抑制。星形膠質細胞上有某些受體，且是腦中糖原的主要貯存部位，當神經元高度活躍，通過血腦屏障提供的血糖不能滿足需要時，在遞質的作用下可以將膠質細胞中的糖原分解成葡萄糖為神經元提供能量。 ^[3] 

（5）星形膠質細胞可能參與了多種神經病理過程。如膠質細胞功能異常可導致鉀離子緩衝能力下降或者攝取GABA過多，可能會引起癲癇的發作。星形膠質細胞也可能參與了 Parkinson病或者 Huntington舞蹈病的病理過程。 ^[3] 

2011年12月復旦大學上海醫學院解剖與組織胚胎學系教授、著名幹細胞專家張素春教授與美國威斯康星大學麥迪遜分校經長達5年多的合作研究，近期在一項幹細胞研究中，首次成功地利用人類多能幹細胞，分化生成了星形膠質細胞，該成果對腦組織、腦器官的再生、修復和腦部疾病治療有重要應用價值。這項研究成果發表在國際著名學術期刊《自然·生物技術》雜誌上。 ^[4] 

人類多能幹細胞可以分化成體內任意細胞、進而可以形成身體的各種組織和器官的研究，是當前幹細胞研究的熱點和焦點，而星形膠質細胞是膠質細胞中數量最多、具有重要功能的細胞，如血腦屏障等受到損傷，星形膠質細胞可以起到修復和再生的作用。儘管近年來科學家們利用多能幹細胞已經成功培養和分化出心肌、神經、胰腺、骨等多種體細胞和不同組織，然而，如何直接將人胚多能幹細胞“成功誘導”分化為對大腦修復、再生及腦部疾病治療有重要作用的星形膠質細胞，對研究人員來説，一直是可望而不可即的“夢想”。 ^[4] 

張素春教授領銜的科研團隊在長期研究中，將人類多能幹細胞分化為近似均一的不成熟星形膠質細胞羣，結果發現並證實這些細胞具有與原代膠質細胞相似的基因表達、穀氨酸攝取與促進突觸生成等功能特性。張素春團隊將這些細胞移植到小鼠大腦中，進而發現這些細胞連接到腦毛細血管後，會轉化為成熟的星形膠質細胞。《自然·生物技術》認為，這一突破性成果為研究大腦發育和功能、瞭解膠質細胞在疾病進程中的作用提供了新的細胞模型，並將推動神經疾病治療新策略的開發。 ^[4]