מה קורה במוח שלנו כאשר אנו חווים גירוי חושי? במהלך פעילויות יומיומיות כגון ריצה, קריאה או האזנה למוזיקה, קלט חושים מפעיל נוירונים באזורי מוח ספציפיים. אסטרוציטים, סוג של תאי מוח שאינם נוירונים, מגיבים לפעילות עצבית ומסייעים לווסת את זרימת הדם במוח על ידי השפעה על התרחבות כלי הדם הסמוכים, ובכך תומכים באספקת חמצן וחומרי מזון. תהליך זה ידוע בשם צימוד נוירווסקולרי. עם זאת, המנגנונים המדויקים שבהם תורמים אסטרוציטים לתהליך זה נותרו מובנים לחלוטין.
צוות מחקר בראשות המנהל ג'סטין לי מהמכון למדע בסיסי (IBS) ופרופסור מינה סו במחלקה להנדסה ביו-רפואית, אוניברסיטת Sungkyunkwan (SKKU), גילה כי אסטרוציטים ממלאים תפקיד קריטי בזיהוי גירוי חושי מתמשך ובתיאום פעילות נוירונית ותגובות כלי דם מוחיים. בהתבסס על ממצאים אלו, החוקרים מציעים מודל חדש שבו נוירונים, אסטרוציטים וכלי דם מקיימים אינטראקציה באמצעות קשרים מבניים ותפקודיים כדי לווסת את הפעילות הנוירונית ואת זרימת הדם המוחית.אסטרוציטים הם תאים בצורת כוכב המופצים באופן נרחב ברחבי המוח. באופן מסורתי, הם נחשבו בעיקר כתאים תומכים המספקים תמיכה מבנית ומטבולית לנוירונים. עם זאת, עדויות הולכות וגדלות מצביעות על כך שהאסטרוציטים משתתפים באופן פעיל בתפקוד המוח על ידי תקשורת עם נוירונים וכלי דם וויסות פעילותם. בעזרת מודלים של עכברים, החוקרים חקרו כיצד נוירונים, כלי דם ואסטרוציטים מגיבים לגירוי חושי של משכים שונים. הם גילו שגירוי חושי קצר שנמשך חמש שניות גרר הפעלה חולפת של נוירונים ותגובות כלי דם.
לעומת זאת, כאשר הגירוי החושי הוארך לכ-20 שניות, האסטרוציטים הפכו מופעלים חזק ותרמו לשימור פעילות עצבית ותגובות כלי דם מוחיות. החוקרים זיהו מסלול איתות מולקולרי בן ארבעה שלבים העומד בבסיס תהליך זה. ראשית, פעילות עצבית מתמשכת מקדמת זרימת מים לאסטרוציטים דרך aquaporin-4 (AQP4), חלבון תעלות מים, מה שמוביל לעלייה בנפח האסטרוציטי. שנית, שינוי נפח זה קשור להפעלה של תעלות אנקירין 1 (TRPA1) פוטנציאליות לקולטן חולף, המאפשר ליוני סידן להיכנס לאסטרוציטים. שלישית, העלייה הנובעת בסידן התוך תאי מפעילה את bestrophin-1 (BEST1), תעלת אניון המופעלת בסידן. לבסוף, BEST1 מקל על שחרור D-serine, חומצת אמינו המווסתת העברה עצבית. D-serine משפר את הפעילות הנוירונית ומקדם הרחבת כלי דם מוחיים, ובכך מגביר את זרימת הדם.
יש לציין, כאשר החוקרים דיכאו את תפקוד AQP4 או TRPA1 באסטרוציטים, תגובות נוירונאליות וכלי דם לגירוי חושי מתמשך הופחתו. לעומת זאת, מתן D-serine לעכברים עם דיכוי TRPA1 אסטרוציטי החזיר את התגובות כלי הדם המופחתות. יתר על כן, ניתוחים אלקטרו-פיזיולוגיים סיפקו הוכחות לכך ש-D-serine משתחרר דרך ערוצי BEST1 אסטרוציטיים. יחד, ממצאים אלו מוכיחים כי מסלול האיתות AQP4-TRPA1-BEST1-D-serine באסטרוציטים ממלא תפקיד חשוב בשמירה על פעילות עצבית ותגובות כלי דם מוחיים במהלך גירוי חושי ממושך. החוקרים מספקים גם ראיות חדשות לכך שאסטרוציטים יכולים לשחרר ללא הרף D-serine גם בהיעדר פעילות נוירונית מעוררת חושית, ובכך לתרום לוויסות הטונוס הבסיסי של כלי הדם, הקובע את מידת המנוחה של התכווצות כלי הדם.
הממצאים שלנו מבססים מודל מכניסטי ברור של האופן שבו אסטרוציטים מתקשרים עם נוירונים ומווסתים את תפקוד המוח במהלך גירוי חושי מתמשך. המסלול החדש שזוהה עשוי לספק בסיס חשוב לפיתוח אסטרטגיות טיפוליות להפרעות נוירולוגיות הקשורות לפגיעה בעיבוד חושי או ירידה קוגניטיבית."
פרופסור מינה סו, מחברת שותפה למחקר
המנהל ג'סטין לי, מחבר שותף למחקר, הגיב, "מחקר זה מזהה מסלול איתות מולקולרי משולב המווסת הן פעילות מוחית מתמשכת והן יציבות כלי הדם, וחושף תפקוד לא מוערך בעבר של אסטרוציטים והמנגנון הבסיסי שלו. אנו מקווים שהממצאים הללו יספקו תובנות חדשות לגבי הטיפול בתפקוד לקוי של כלי הדם והשבץ האולטימטיבי הקשורים למחלות נוירולוגיות, כולל מחלות נוירולוגיות מאתגרות הקשורות למחלות אלצהיימר. לפיתוח גישות טיפוליות חדשות." הממצאים פורסמו באינטרנט ב-29 בספטמבר 2026, בכתב העת המדעי הבינלאומי Advanced Science.
