星形胶质细胞钾缓冲与神经同步化的微回路模型

神经同步性是脑功能的基础，而当其变得过度时，则会导致癫痫等病理状态。在脑区中，颞叶，尤其是海马，表现出最高的致痫潜能；其中，内侧颞叶癫痫是人类最常见的癫痫类型。在海马内，细胞外钾动力学是非突触性癫痫样活动的核心，而星形胶质细胞的钾缓冲机制已被认为是调控网络兴奋性的关键因素。然而，星形胶质细胞缝隙连接耦合以及钾空间缓冲对不同空间尺度下神经元同步性的具体贡献，仍知之甚少。为解决这一问题，我们建立了一个微回路生物物理模型，由两个星形胶质细胞-神经元模块组成，每个模块包含一个星形胶质细胞与五个神经元的耦合。星形胶质细胞-神经元相互作用仅通过共享的细胞外钾动力学介导。利用一个简化的星形胶质细胞模型，同时表征局部膜钾缓冲与合胞体钾缓冲，我们系统地研究了星形胶质细胞钾处理方式如何塑造神经元活动模式及模块间同步性。结果表明星形胶质细胞通过稳定细胞外钾水平，防止了病理状态的出现——如持续性发作期活动和去极化阻滞。此外，我们还发现，星形胶质细胞缝隙连接耦合强度对神经元模块间的相位同步具有关键调控作用：在生理条件下，更强的耦合促进模块间同步；而当细胞外钾升高且星形胶质细胞功能受损时，网络则会走向病理性超同步化。这些发现支持这样一种假说：星形胶质细胞网络为海马神经元集合施加模块化组织，并提示星形胶质细胞连接蛋白可能是癫痫及其他以异常神经同步为特征的疾病的相关治疗靶点。

神经同步对脑功能至关重要，而当这种同步变得过度时，则会成为癫痫等病理状态的基础。在各脑区中，颞叶，尤其是海马，表现出最高的致痫潜能，其中内侧颞叶癫痫是人类最常见的癫痫类型。在海马中，细胞外钾动力学是非突触性癫痫样活动的核心，而星形胶质细胞的钾缓冲机制已成为调控网络兴奋性的关键因素。然而，星形胶质细胞缝隙连接耦合及钾空间缓冲在不同空间尺度上对神经元同步的具体贡献仍知之甚少。

为弥补这一空白，我们构建了一个微回路生物物理模型，由两个星形胶质细胞-神经元模块组成，每个模块包含一个与五个神经元耦合的星形胶质细胞。星形胶质细胞与神经元之间的相互作用完全通过共享的细胞外钾动力学介导。采用一个能够同时表征局部膜钾缓冲和合胞体钾缓冲的简化星形胶质细胞模型，我们系统研究了星形胶质细胞的钾处理机制如何塑造神经元活动模式及模块间同步。

我们的结果表明，星形胶质细胞通过稳定细胞外钾水平，阻止了持续性发作样活动和去极化阻滞等病理状态的出现。此外，我们表明星形胶质细胞缝隙连接耦合强度对神经元模块之间的相位同步具有关键调控作用：在生理条件下，较强的耦合促进模块间同步；而当细胞外钾升高时，受损的星形胶质细胞功能会驱动网络走向病理性超同步。这些发现支持这样一种假说：星形胶质细胞网络赋予海马神经元组装以模块化特征，并提示星形胶质细胞连接蛋白可能成为癫痫及其他以异常神经同步为特征的疾病中的相关治疗靶点。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.15.732376v1?rss=1

🏷️ 星形胶质细胞 钾缓冲 神经同步化 海马 癫痫 缝隙连接