Mol Psychiatry：为何短期记忆会变差？科学家揭示星形胶质细胞A2A受体上调导致海马多细胞功能障碍机制

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腺苷是一种普遍存在的神经调节物质，能够维持大脑的稳态。它通过激活G蛋白偶联的腺苷受体（ARs）来发挥多种功能，尤其是A1（A1R）和A2A（A2AR）受体。有趣的是，在阿尔茨海默病、tau蛋白病以及癫痫等多种脑部疾病中，大脑皮层和海马区域的A2A受体水平会出现异常飙升，而这种变化在星形胶质细胞中尤为明显。星形胶质细胞曾一度被认为是大脑中的“配角”，如今却被发现是调控突触可塑性和神经功能的关键“幕后推手”。然而，这些细胞中A2A受体失控上升究竟会对大脑功能带来什么影响？其背后的机制仍是未解之谜。

（图片源自上海欣软，巴恩斯迷宫实验仪器，型号：XR-XB108）

基于此，2025年7月23日，法国里尔大学David Blum研究团队在Molecular Psychiatry杂志发表了“Upregulation of adenosine A2A receptor in astrocytes is sufficient to trigger hippocampal multicellular dysfunctions and memory deficits”揭示了星形胶质细胞中腺苷A2A受体的上调足以引发海马多细胞功能障碍和记忆缺陷。

在本研究中，作者利用特异性腺相关病毒诱导海马星形胶质细胞中A2AR的上调，并在4月龄的C57Bl6/J小鼠中全面评估了其功能后果。结果显示，A2AR的上调主要导致星形胶质细胞反应性、形态和转录组的改变，表现出与衰老样表型相关的特征并继发性地影响神经元兴奋性和小胶质细胞表型。这些由海马星形胶质细胞中局部A2AR上调所引发的变化导致短期空间记忆和空间学习能力的损害。本研究揭示了在多种神经系统疾病中观察到的星形胶质细胞A2AR上调对多细胞有害反应的影响，特别是与记忆障碍相关的机制。

图一 基于AAV的星形胶质细胞A2AR在小鼠海马CA1区的过表达

作者首先想要探究星形胶质细胞中A2AR在小鼠海马中的过表达所带来的影响，于是在两月龄的C57Bl6/J小鼠海马CA1区双侧注射了特异性的腺相关病毒，可选择性地在星形胶质细胞中表达A2AR（AAV-A2A）或GFP。注射后两个月对小鼠进行相关研究，通过使用抗A2AR或抗GFP抗体进行免疫组化染色，可以在海马CA1的不同亚层如PL、SR以及SO中观察到A2AR和GFP的表达水平。进一步进行免疫共标记实验，结果显示A2AR仅在星形胶质细胞中特异性表达。

图二 海马星形胶质细胞中A2AR的上调影响其反应性与形态复杂性

星形胶质细胞可以转变为一种反应性表型，其显著特征是GFAP的表达显著增加。

作者发现，在AAV-A2A小鼠的海马CA1区，GFAP阳性染色信号比AAV-GFP对照组显著增强。近期研究发现，JAK2/STAT3信号通路在诸如阿尔茨海默病（AD）和亨廷顿病等病理条件下是诱导星形胶质细胞反应性状态的关键通路。因此，进行了GFAP与STAT3的共免疫染色，结果显示，在AAV-A2A组中，CA1区域GFAP阳性星形胶质细胞内的STAT3阳性信号显著高于AAV-GFP对照组。此外，星形胶质细胞会不断适应其周围环境，并在形态上发生变化，这些变化通常与其反应性状态相关。

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为了更精细地评估A2AR上调对星形胶质细胞形态的影响，作者通过眼眶注射一种AAV-PHP.eB病毒选择性地在AAV-A2A和AAV-GFP注射小鼠CA1区稀疏星形胶质细胞中表达tdTomato荧光蛋白，随后进行了三维重建。

结果显示，在AAV-A2A小鼠中，星形胶质细胞的交叉点数量显著增加，Sholl分析证实其突起数量显著多于AAV-GFP对照组。同时也观察到突起长度有所减少，但星形胶质细胞总体积或胞体体积未发生明显变化。综上所述，星形胶质细胞中A2AR的上调促进了其反应性增强和形态复杂性的增加。

图三 海马中星形胶质细胞A2AR的上调改变了神经元的激活状态

星形胶质细胞调控谷氨酸神经传递和突触可塑性。

有趣的是，转录组数据表明，星形胶质细胞中A2AR的上调显著影响了与谷氨酸释放相关的基因，这一结果与先前研究一致，即A2AR可严密调控（抑制）星形胶质细胞对谷氨酸的再摄取。于是作者进一步研究A2AR上调对神经-胶质通讯的影响，特别是对神经元兴奋性相关标志物的影响。

首先从AAV-GFP和AAV-A2A小鼠中分离海马突触体用于评估与NMDA和AMPA受体突触转运和通透性密切相关的谷氨酸受体亚基的磷酸化水平，重点关注NR2B在Y1472位点和GluA1在S831位点的磷酸化情况。虽然AAV-A2A小鼠中GluN2B在Y1472位点的磷酸化水平（pY1472 GluN2B/GluN2B）未发生显著变化，但其突触体中GluA1在S831位点的磷酸化水平明显升高，提示A2AR表达上调可能增强了AMPA受体的活性。

为进一步探究星形胶质细胞中A2AR升高是否影响神经元活性，研究人员使用化学遗传学工具在CA1神经元中表达hM3Dq，同时在星形胶质细胞中表达A2AR或GFP。注射CNO激活神经元并检测即早基因的表达变化。结果显示，CNO处理显著提高了海马中Dusp1、JunB和c-fos的mRNA水平，且AAV-A2A小鼠的IEG激活程度显著高于AAV-GFP小鼠。

此外，研究人员通过记录4-AP/低Mg²⁺溶液诱导的簇状放电活动，评估AAV-GFP和AAV-A2A小鼠的神经元兴奋性。该溶液通过阻断K⁺通道和增强NMDA受体及Ca²⁺通道活动，诱发自发性神经元簇状放电。结果表明，AAV-A2A小鼠海马CA1区的簇状放电频率显著高于对照组，提示A2AR上调增强了神经元兴奋性。

图四 海马中星形胶质细胞A2AR的上调损害短期空间记忆和空间学习能力

最后，为了评估由海马中星形胶质细胞A2AR上调所引发的原发性（星形胶质细胞）和继发性（神经元和小胶质细胞）改变是否足以影响记忆功能，作者进行了两项依赖于海马的空间记忆测试。

高架十字迷宫结果显示，在星形胶质细胞中过表达A2AR的小鼠中，无论是运动活性还是类似焦虑的行为（在开放臂中停留的时间比例）均未出现显著差异。随后通过Y迷宫测试评估了短期空间记忆表现。作者首先观察到，各组之间在移动距离和运动速度方面没有明显差异。两组动物的偏好均高于50%，显著高于随机水平，表明AAV-GFP和AAV-A2A小鼠均能明显识别新臂。然而，AAV-A2A组的辨别指数显著低于AAV-GFP对照组，表明其短期空间记忆能力下降。作者还使用Barnes迷宫任务评估了长期空间记忆表现。在连续4天的学习阶段中，AAV-A2A组在寻找目标箱时表现出显著更长的移动距离、更长的首次到达时间以及更多的首次错误次数，表明其空间学习能力受损。在24小时后的记忆保留测试中，各组在移动距离和速度方面没有显著差异。两组动物在目标象限停留的时间比例均显著高于随机水平且两组之间无明显差异，表明它们的长期空间记忆仍保持完整。总体而言，由星形胶质细胞中A2AR上调所引发的多种细胞改变，最终导致了小鼠短期空间记忆和学习能力的损害。

总结

本研究首次在体内探讨了在野生型小鼠中选择性上调海马星形胶质细胞A2AR所触发的细胞与分子机制。作者的研究结果表明，仅上调星形胶质细胞中的A2AR就足以引发多种细胞层面的改变，主要涉及星形胶质细胞本身，同时也引发继发性的神经元和小胶质细胞变化，最终干扰学习与记忆过程。

该模型通过病毒介导的A2AR过表达模拟病理状态，尚无法完全反映疾病进程中A2AR动态变化的复杂性。基于本研究发现，开发靶向A2AR的小分子药物或其他干预手段，有望为治疗与A2AR异常相关的神经退行性疾病提供新的策略。

文章来源

https://doi.org/10.1038/s41380-025-03115-9