CXCL12 激活皮层抑制性神经元以增强树突棘可塑性和结构化网络活动

趋化因子 CXCL12 是一种高度保守的肽，在整个生命过程中调节大脑中的稳态过程。近期研究表明，CXCL12 增加皮层神经元树突棘密度，这需要激活其受体 CXCR4。该通路在神经HIV动物模型中逆转了皮层树突棘缺陷和认知障碍。然而，尚不清楚 CXCL12 是仅维持现有棘，还是也参与驱动网络水平适应的棘可塑性过程。因此，我们使用活细胞成像、共聚焦显微镜和多电极阵列，检测 CXCL12 是否调节原代大鼠皮层神经元（雌雄混合）的树突棘周转、成熟、聚集和神经元网络活动。有趣的是，CXCL12 处理的神经元比对照形成更多新棘，且该效应可被 CXCR4 拮抗剂 AMD3100 阻断。CXCL12 还增加了表达突触后标记物（包括 PSD-95、磷酸化 PSD-95Ser295 和 GluA1）的细棘密度，并使神经元更好地维持突触 PSD-95 斑块大小。CXCL12 处理后细棘之间的距离略有缩短，提示可能影响解剖性棘聚集。这些效应转化为结构化的网络活动，因为 CXCL12 增加了多电极阵列培养物中网络爆发内的尖峰频率。最后，在抑制性神经元（大多缺乏树突棘）中定向敲低 CXCR4，阻止了 CXCL12 增加兴奋性神经元上的树突棘密度。总体而言，我们的研究结果表明，CXCL12/CXCR4 信号传导参与抑制性神经元以及树突棘动力学和重塑的多个方面，以塑造更广泛的神经元网络功能。