中華蜜蜂成蟲視覺系統(tǒng)中神經(jīng)膠質細胞的類型及功能

李兆英

(陜西學前師范學院生物科學與技術系，西安 710100)

神經(jīng)膠質(glial cell)作為神經(jīng)系統(tǒng)的重要組成部分之一，對神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育及功能起著重要的作用(Parker and Auld，2006)。在昆蟲的神經(jīng)系統(tǒng)尤其是視覺系統(tǒng)中，神經(jīng)膠質的種類豐富而復雜(Stork et al.，2008)。

Ito 等(1995)將果蠅Drosophila melanogaster中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)膠質分為3種類型:表面神經(jīng)膠質(surface glia)，皮層神經(jīng)膠質(cortex glia)和神經(jīng)纖維網(wǎng)神經(jīng)膠質(neuropil－associated glia)。Coles(1989)對蜜蜂Apis mellifera 雄蜂視網(wǎng)膜中神經(jīng)膠質的功能進行了研究;Chotard和Salecker(2007)對的果蠅幼蟲和成蟲視覺系統(tǒng)中神經(jīng)膠質的位置和形態(tài)特征進行了詳細的描述;Saint Marie和Carlson(1983)描述了家蠅Musca domestica 視神經(jīng)節(jié)層(lamina)內神經(jīng)膠質的不同類型;Tix 等(1997) 描述了果蠅視髓層(medulla)和內、外視交叉(inner chiasmal和outer chiasmal)中神經(jīng)膠質的不同類型。H?hnlein和Bicker(1997)通過組織染色和神經(jīng)膠質特異核蛋白抗體免疫組織化學技術，描述了意大利蜜蜂中央復合體中神經(jīng)膠質的類型以及胚后發(fā)育的特點。但是關于中華蜜蜂Apis cerana cerana 視覺系統(tǒng)中神經(jīng)膠質的種類未見過報道。本研究通過形態(tài)解剖和組織化學等技術，對成年中華蜜蜂視覺系統(tǒng)中神經(jīng)膠質的類型及其來源進行了比較研究，為神經(jīng)膠質的種類和功能研究提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗所用中華蜜蜂工蜂、雄蜂成蟲購自西安大峪中華蜜蜂養(yǎng)殖基地。

1.2 組織化學

中華蜜蜂工蜂成蟲4%多聚甲醛4℃固定過夜。梯度酒精脫水，二甲苯透明。石蠟包埋，腦部橫向或水平連續(xù)切片，切片厚度5～7 μm，切片裱于涂有多聚賴氨酸的載玻片上，烘干備用。切片脫蠟后復水，蘇木精－伊紅染色(hematoxylin－eosin staining，HE 染色)，Olympus(BX－51)顯微鏡觀察拍照。

2 結果與分析

成年中華蜜蜂的視覺系統(tǒng)由復眼(compound eye，CE)和視葉(optic lobes，OL)構成。視葉又可分為3 部分，從外向內分別是視神經(jīng)節(jié)層(lamina，La)，視髓層(medulla，Me)和視小葉(lobula，Lo)。視小葉和視髓層之間有內神經(jīng)交叉(inner chiasm，ic);視髓層和視神經(jīng)節(jié)層之間有外神經(jīng)交叉(outer chiasm，oc)(圖1－A，B)。在視葉的各部分都有不同類型的神經(jīng)膠質細胞存在。

中華蜜蜂視葉的最外層是視神經(jīng)節(jié)層，在復眼基膜的下方是神經(jīng)節(jié)層的有孔層(fenestrated layer)，分布有表面神經(jīng)膠質起源的有孔層神經(jīng)膠質(fenestrated glia，fg)和類視筒神經(jīng)膠質(pseudocartridge glia，pg)。在視神經(jīng)節(jié)層神經(jīng)元細胞體之間有衛(wèi)星神經(jīng)膠質(satellite glial cells，sg)。在神經(jīng)節(jié)層，視網(wǎng)膜光感受器神經(jīng)元發(fā)出的軸突被上皮神經(jīng)膠質(epithelial glia，eg)包裹，分隔成束，形成視筒樣結構(lamina cartridges)，一直延伸穿過邊緣神經(jīng)膠質(marginal glia，mg)，進入外視交叉(圖1－C，D)。

與視神經(jīng)節(jié)層相比，視覺中樞其他部分的神經(jīng)膠質類群相對簡單一些。視髓層和視小葉都被神經(jīng)纖維網(wǎng)神經(jīng)膠質(視髓層神經(jīng)纖維網(wǎng)神經(jīng)膠質，medulla neuropil glial cells，mng;視小葉神經(jīng)纖維網(wǎng)神經(jīng)膠質，lobula neuropil glial cells，long)所包圍(圖1－G)，在它們周圍劃出邊界。此外，在外視交叉和內視交叉中也有神經(jīng)膠質細胞——外視交叉神經(jīng)膠質(outer chiasmal ocg)(圖1－E)和內視交叉神經(jīng)膠質(inner chiasmal glia，icg)(圖1－G)，它們將神經(jīng)纖維包裹成束，在視交叉中形成等距離的間隔。在外視交叉中有2種類型的神經(jīng)膠質，小神經(jīng)膠質(outer chiasm small glia，ocsg)和巨大神經(jīng)膠質(outer chiasm giant glia，ocgg)(圖1－E，F(xiàn))。星形神經(jīng)膠質(astrocyte glia，ag)位于視髓層和視小葉的基部(圖1－H)。

3 結論與討論

3.1 中華蜜蜂成蟲視覺系統(tǒng)中神經(jīng)膠質的類型及功能

同中樞神經(jīng)系統(tǒng)其他部分相比，昆蟲視覺系統(tǒng)中神經(jīng)膠質的類型豐富而復雜。主要包括3 大類:表面神經(jīng)膠質，皮層神經(jīng)膠質和神經(jīng)纖維網(wǎng)神經(jīng)膠質，每一個類群的神經(jīng)膠質根據(jù)其位置和形態(tài)又可細分為許多小的類型(Ito et al.，1995)。

在成年中華蜜蜂整個腦的周圍有一層小而扁長形的神經(jīng)束膜神經(jīng)膠質，它們主要控制中樞神經(jīng)系統(tǒng)的滲透性，承擔血腦屏障的功能(Awasaki et al.，2008)。皮層神經(jīng)膠質位于腦皮層內，它們伸出網(wǎng)狀突起包圍附近的多個神經(jīng)細胞體。在視覺系統(tǒng)中，所有的皮層細胞都被稱為衛(wèi)星神經(jīng)膠質。皮層神經(jīng)膠質的功能可能是為神經(jīng)元提供新陳代謝支持，也可能是通過空間約束來調節(jié)神經(jīng)細胞體(Awasaki et al.，2008)。Coles(1989)的研究發(fā)現(xiàn)，在蜜蜂A.mellifera 雄蜂的視網(wǎng)膜中，主要的神經(jīng)膠質可以調節(jié)神經(jīng)細胞外的K+和Na+的動態(tài)平衡，并且還調節(jié)神經(jīng)元的糖類代謝，它們的功能類似于視葉中的皮層神經(jīng)膠質。

圖1 中華蜜蜂成蟲視覺系統(tǒng)的神經(jīng)膠質Fig.1 Organization of glial cells in the visual system of Apis cerana cerana

神經(jīng)纖維網(wǎng)神經(jīng)膠質同軸突及軸突束相關聯(lián)，它們伸出鞘狀膜包裹軸突束。中華蜜蜂的神經(jīng)纖維網(wǎng)神經(jīng)膠質分為2種類型，界面神經(jīng)膠質(interface glia)和星形神經(jīng)膠質。界面神經(jīng)膠質的突起沿著神經(jīng)纖維網(wǎng)的外表面延伸，使神經(jīng)纖維網(wǎng)隔離;星形神經(jīng)膠質細胞的突起延伸進入神經(jīng)纖維網(wǎng)，同突觸形成聯(lián)系。神經(jīng)纖維網(wǎng)神經(jīng)膠質的功能可能是使相鄰的神經(jīng)纖維網(wǎng)之間絕緣，也為神經(jīng)纖維網(wǎng)提供內部的分隔，此外還為神經(jīng)提供營養(yǎng)支持(Meyer et al.，1987)。

在中華蜜蜂的內、外視交叉中，有內視交叉神經(jīng)膠質和外視交叉神經(jīng)膠質。它們包裹軸突束，在視交叉中形成等距離的間隔。并且外視交叉神經(jīng)膠質又分為2種類型—小神經(jīng)膠質(outer chiasm small glia，ocsg)和巨大神經(jīng)膠質(outer chiasm giant glia，ocgg)(Edwards and Meinertzhagen，2010)。Ocsg 在內外視交叉中都有，它們包裹神經(jīng)纖維成束狀;ocgg 僅位于外視交叉中，它們在軸突束之間排列成行。

3.2 中華蜜蜂成蟲視神經(jīng)節(jié)層中神經(jīng)膠質的類型及功能

在中華蜜蜂成蟲視覺系統(tǒng)的視神經(jīng)節(jié)層中，有6 中不同形態(tài)學特征的神經(jīng)膠質類型，包括2種表面神經(jīng)膠質—有孔層神經(jīng)膠質(fg)和類視筒神經(jīng)膠質(pg)，2種皮層神經(jīng)膠質—末梢衛(wèi)星神經(jīng)膠質(distal satellite glia，dsg)和近端衛(wèi)星神經(jīng)膠質(proximal satellite glia，psg)，2種神經(jīng)纖維網(wǎng)神經(jīng)膠質—上皮神經(jīng)膠質(eg)和邊緣神經(jīng)膠質(mg)。

在中華蜜蜂成年雄蜂，有孔層神經(jīng)膠質均勻的排布在視網(wǎng)膜基膜之下，形成了一層神經(jīng)膠質細胞層，這種排列方式同家蠅M.domestica類似(Saint Marie and Carlson，1983)。但是中華蜜蜂工蜂的有孔層神經(jīng)膠質排列得則較為雜亂，在基膜下形成了多層的細胞。有孔層神經(jīng)膠質伸出的突起不只是包裹光感受器軸突，而且會穿過基膜進入視網(wǎng)膜。從有孔層神經(jīng)膠質的位置來看，它們常常被歸于表面神經(jīng)膠質，作為血腦屏障的一部分。實際上，有孔層神經(jīng)膠質具有隔膜的功能，能夠為溶質的胞外擴散提供障礙(Juang and Carlson，1992)。類視筒神經(jīng)膠質位于有孔層神經(jīng)膠質的下面，通過細胞體的形態(tài)和位置可以識別它們。它們具有長的胞核和大的細胞體，能夠完全包裹每個小眼的一束軸突。這些神經(jīng)膠質類似于亞神經(jīng)束膜神經(jīng)膠質，它們位于視覺系統(tǒng)的內外交界處，構成了血腦屏障的障礙層(Saint Marie and Carlson，1983)。

衛(wèi)星神經(jīng)膠質是皮層神經(jīng)膠質的一種，在神經(jīng)節(jié)層中可分為截然不同的2種類型:末梢神經(jīng)膠質，它們在神經(jīng)節(jié)層皮層包裹單級神經(jīng)元的細胞體;近端神經(jīng)膠質，它們靠近光感受器軸突束并包繞單級神經(jīng)細胞。這2種類型的神經(jīng)膠質在果蠅也存在。但是因為沒有特異性的標記，在蜜蜂中無法區(qū)別。在家蠅，這些細胞之間有大量的間壁連接，可能扮演了次級血腦屏障的作用(Edwards and Meinertzhagen，2010)。

上皮神經(jīng)膠質屬于神經(jīng)纖維網(wǎng)神經(jīng)膠質，它們延伸進入神經(jīng)節(jié)層神經(jīng)纖維網(wǎng)。上皮神經(jīng)膠質具有胞核，胞體狹長，形成了獨特的形態(tài)學特征。視神經(jīng)節(jié)層神經(jīng)細胞群是被3個一組的上皮神經(jīng)膠質所包繞，形成了柱狀結構，每一個神經(jīng)膠質細胞同樣包裹3個臨近的柱狀結構。上皮神經(jīng)膠質的膜高度分枝，包裹神經(jīng)細胞在每一個視覺筒周圍形成獨立的電子屏障，同時在視網(wǎng)膜和神經(jīng)節(jié)層之間生成高電阻(Saint Marie and Carlson，1983)。邊緣神經(jīng)膠質覆蓋在神經(jīng)節(jié)層的近端表面，它們的頂點延伸突起進入神經(jīng)節(jié)層神經(jīng)纖維網(wǎng)，包圍所有的軸突。這樣，邊緣神經(jīng)膠質從基部將神經(jīng)節(jié)層同其他結構分隔開(Edwards and Meinertzhagen，2010)。

References)

Awasaki T，Lai SL，Ito K，Lee T，2008.Organization and postembryonic development of glial cells in the adult central brain of Drosophila.J.Neurosci.，28:13742－13753.

Chotard C，Salecker I，2007.Glial cell development and function in the Drosophila visual system.Neuron Glia Biology，3:17－25.

Coles JA，1989.Functions of glial cells in the retina of the honeybee drone.Glia.2:1－9.

Edwards TN，Meinertzhagen IA，2010.The functional organisation of glia in the adult brain of Drosophila and other insects.Progress in Neurobiology，90:471－497.

H?hnlein I，Bicker G，1997.Glial patterning during postembryonic development of central neuropiles in the brain of the honeybee.Dev.Genes Evol.，207:29－41.

Ito K，Urban J，Technau GM，1995.Distribution，classification，and development of Drosophila glial cells in the late embryonic and early larval ventral nerve cord.Dev.Genes Evol.，204:284－307.

Juang JL，Carlson SD，1992.A blood brain barrier without tight junctions in the fly central nervous system in the early postembryonic stage.Cell Tissue Res.，270:95－103.

Meyer MR，Reddy GR，Edwards JS，1987.Immunological probes reveal spatial and developmental diversity in insect neuroglia.J.Neurosci.，7:512－521.

Parker RJ，Auld VJ，2006.Roles of glia in the Drosophila nervous system.Semin.Cell Dev.Biol.，17:66－77.

Saint Marie RL，Carlson SD，1983.The fine structure of neuroglia in the lamina ganglionaris of the housefly，Musca domestica L.J.Neurocytol.，12:213－241.

Stork T，Engelen D，Krudewig A，Silies M，Bainton RJ，Kl?mbt C，2008.Organization and function of the blood－brain barrier in Drosophila.J.Neurosci.，28:587－597.

Tix S，Eule E，F(xiàn)ischbach KF，Benzer S，1997.Glia in the chiasms and medulla of the Drosophila melanogaster optic lobes.Cell Tissue Res.，289:397－409.