根據週三發表在《自然》雜誌上的研究結果，星形細胞（通常被稱為“助手”細胞）可能會透過變得有毒並破壞神經元，從而導致腦損傷和疾病造成的損害。
星形膠質細胞是三種神經膠質細胞（即非神經元細胞）之一，也是大腦中最常見的一種。它們被廣泛認為是滋養神經元並填充它們之間空間的支撐細胞，但越來越清楚的是，它們在正常、健康的大腦功能中發揮著其他重要作用。它們可以合成神經遞質，在膠質細胞之間傳送訊號，並形成調節神經元活動的網路。
星形膠質細胞也可以以各種方式對腦損傷和疾病作出反應。例如，在神經損傷後，它們會形成疤痕組織，可以幫助斷裂的纖維再生。但它們也與各種神經和精神疾病有關。
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新的研究結果表明，在某些條件下，星形膠質細胞可以轉化為劇毒狀態並殺死其他型別的大腦細胞。但是，透過為神經退行性疾病的過程提供新的見解，它們最終可能會為各種疾病帶來新的治療方法。
新研究的結果建立在斯坦福大學神經生物學家本·巴雷斯實驗室的早期工作之上，該實驗室從患有實驗性誘發中風和腦部炎症的小鼠中分離出反應性星形膠質細胞，並使用DNA晶片技術建立了細胞的基因譜。這些研究發現，中風和炎症會觸發星形膠質細胞轉化為兩種反應性細胞型別：A1細胞，其增加了稱為補體蛋白的免疫系統分子的產生；以及A2細胞，其表達高水平的生長因子蛋白，這些蛋白可促進腦細胞的存活和它們之間連線的形成。
補體蛋白附著在大腦突觸上，“標記”它們以供小膠質細胞（大腦的常駐免疫細胞）破壞，這導致研究人員假設A1星形膠質細胞可能是有害的。
在由巴雷斯實驗室的博士後研究員、斯坦福大學神經科學家謝恩·利德洛領導的《自然》研究中，研究人員在正常、健康的小鼠以及缺乏小膠質細胞的轉基因動物中誘發了腦部炎症。然後，他們檢查了兩組動物中的星形膠質細胞。在正常小鼠中，炎症促使形成了A1星形膠質細胞。在轉基因動物中沒有觀察到這種反應，這表明小膠質細胞誘導了這些星形膠質細胞的發育。
為了進一步驗證這個想法，他們在培養皿中培養了小膠質細胞，用一種啟用炎症反應的化學物質處理它們，然後將生長培養基轉移到另一個含有星形膠質細胞的培養皿中。這誘導了A1星形膠質細胞的形成，而非活化小膠質細胞的生長培養基沒有誘導其形成。
進一步的實驗表明，活化的小膠質細胞分泌一種由三種免疫系統化學物質組成的混合物，稱為細胞因子——白細胞介素-1α (Il-1α)、腫瘤壞死因子 (TNF) 和補體成分 1、q 亞成分 (C1q)。將所有這三個分子新增到星形膠質細胞培養物中會產生 A1 星形膠質細胞，但中和其中任何一個分子的抗體都會阻止這種效應。證實這一點，研究人員還發現，三種不同的轉基因小鼠品系（每一種都缺失一個細胞因子基因）產生 A1 星形膠質細胞的能力都顯著降低。
在健康的大腦中，星形膠質細胞形成的網路對於神經元之間連線（突觸）的形成至關重要，它們還調節透過這些突觸傳遞的訊號。然而，在損傷和疾病的情況下，它們可以透過吞噬和清除死亡細胞和其他細胞碎片，透過一種稱為吞噬作用的過程，促進大腦修復。
為了確定 A1 星形膠質細胞是否保留了構建或修復功能，利德洛和他的同事將形成視神經的視網膜神經節細胞與 A1 星形膠質細胞或非活化星形膠質細胞一起培養。添加了 A1 星形膠質細胞的培養皿與那些含有非活化星形膠質細胞的培養皿相比，突觸連線減少了約 50%。其餘的突觸明顯較弱，產生的訊號比含有非活化星形膠質細胞的培養皿中的訊號更小、更不頻繁。
研究人員還發現，高濃度的 A1 星形膠質細胞生長培養基殺死了各種型別的神經元以及另一種型別的膠質細胞，即少突膠質細胞，它們合成了神經元長線狀纖維上的絕緣鞘（即髓鞘）。與非活化星形膠質細胞相比，A1 星形膠質細胞吞噬細胞碎片的能力也明顯降低。
當注射到視神經受損的小鼠體內時，A1 星形膠質細胞非但沒有保護它們，反而殺死了纖維受損的視網膜神經節細胞。然而，注射抗細胞因子抗體可以防止這種情況發生，並且在缺失兩個或三個細胞因子基因的突變小鼠中沒有發生這種情況。
因此，星形膠質細胞和小膠質細胞似乎是犯罪夥伴。小膠質細胞構成一個監測大腦組織狀態的監控系統，對損傷做出適當的反應。新的研究結果表明，它們使用細胞因子向星形膠質細胞發出訊號，並將它們從促進神經元存活的狀態轉化為劇毒的狀態。“這些是非常有趣和令人興奮的觀察，”德國薩爾蘭大學的分子生理學家弗蘭克·基爾霍夫說，他沒有參與這項新研究。“星形膠質細胞通常被認為是好人，但在這裡，我們有令人信服的證據表明，它們如何透過一個明確的機制導致不同型別的病理。”
為了找出這一過程是否可能導致神經退行性變，利德洛和他的同事檢查了來自阿爾茨海默病、亨廷頓病和帕金森病以及多發性硬化症和肌萎縮性側索硬化症患者的屍檢腦組織。他們檢查的所有組織樣本都含有大量的 A1 星形膠質細胞，這表明這些細胞可能會驅動神經退行性變。這種見解可能會為治療這些疾病指明新的途徑。“我們不能簡單地以所有星形膠質細胞為目標，因為這種直接的方法也會去除無反應性的星形膠質細胞，”利德洛說。“結果表明，星形膠質細胞的反應是受調節且特定的，這可能取決於時間和背景，因此我們必須小心開發僅對抗特定型別反應的藥物。”
利德洛和他的同事正在努力確定 A1 星形膠質細胞釋放的有毒訊號。“這將提供大量關於神經退行性疾病（如阿爾茨海默病）中神經元死亡的原因，以及多發性硬化症等疾病中軸突脫髓鞘的原因的資訊。”找到一些調節該訊號的方法可能會暗示治療這些疾病的想法。