Cell：厉害了“大脑修剪工”

　　小胶质细胞（Microglia, MG）是驻留在大脑中的巨噬细胞，它们在健康和疾病状态下都扮演多种角色，在大脑中起关键作用, 例如调节神经元数量、突触发育和细化、髓鞘成熟、突触传递和神经元兴奋性。

　　已知MG在成年大脑中的功能，但它们在胚胎期和发育中的具体作用尚不完全清楚。解剖学和最近的单细胞转录组学研究表明，MG 存在于不同的细胞和转录组学状态，然而这种异质性如何与这些细胞的特定位置和功能相联系，尚不清楚。

　　2024年2月15日，法国Institut de Biologie de l'École Normale Supérieure (IBENS) Sonia Garel课题组，在Cell上发表文章，探讨了MG在胚胎期大脑发育中的作用，特别是在维持大脑结构完整性方面的重要性。

　　1.  ATM样的MG聚集在胚胎期的两个皮质边界

　　为探索胚胎发生过程中 MG 的异质性，研究者从La Manno等人在E9到E18之间生成的单细胞转录组数据集中提取和分析MG，确定了 3 个不同的簇：Cycling MG、Non-cycling MG 和胚胎期MG（图 1A）。结果显示，从E14开始，胚胎ATM样细胞开始存在（图1A-1C），并在遗传学上与出生后的白质ATM（图1B和1D）有相似性。

　　研究者首先关注E14.5，这个时期MG开始在发育中的前脑中明显分布不均匀。使用标记所有巨噬细胞的Cx3cr1gfp小鼠系，可以观察到MG在大脑皮层-纹状体-杏仁核（CSA）的边界显著积累（图1E）。大量结果都表明在小鼠和人类中，表达ATM特征的MG在胚胎CSA和CSB处积累，CSA和CSB是新皮层和邻近大脑结构之间的两个边界。

　　2. 在MG在ATM密集的皮质边界保持结构完整性

　　ATM 样 MG 在 CSA 和 CSB 的积累比其他神经胶质细胞或髓鞘的生成都要早。研究者主要通过MG 存活所需的集落刺激因子 1 受体 （CSF1R）信号通路来研究巨噬细胞和 MG 耗竭。发现MG的缺失导致在CSA从E14.5开始出现大的“空洞病变”并持续到E18.5（图2A）。这些空腔形成于ATM样MG通常积聚的地方（图1E）。与此相似，CSB中MG的缺失诱导了中线空洞病变，胚胎ATM样MG通常会积聚（图2B）。

　　为了排除 CSA 或 CSB 空腔是由切片过程中的组织损伤引起的，研究者使用 iDISCO 清除和磁共振成像（MRI）分析了整个大脑，明确证实CSA空洞囊性病变的存在没有MG（图2D和2E）。

　　总体而言，胚胎中 MG 的缺失导致 CSA 和 CSB 的结构完整性连续丧失，这两个部位是 ATM 样 MG 通常积聚的地方，揭示了 MG 在产前发育过程中的重要生理功能。

　　3. MG限制了由于形态发生应激引起的

　　空腔病变的形成

　　CSB位于大脑皮层和隔膜之间的边界，随着大脑皮层的生长而增加，并形成一个腔。实验结果发现这种生理微腔可能有助于局部MG募集和/或诱导ATM样状态。在没有MG的情况下，由于局部形态发生限制，微腔可能会发展成更大的病变，对胎儿大脑完整性有显著影响。在生理条件下，MG 可防止由于形态应激引起的空洞性病变的进展，从而保持胎儿皮质边界的结构完整性。

　　此外，形态发生应激和诱导的组织损伤可以驱动具有 ATM 样特征的 MG 的局部募集，这反过来又可能有助于限制 CSA 大空洞病变的进展。

　　4. ATM 因子 Spp1 有助于皮质边界的结构完整性，

　　MG 和 Spp1 有助于快速修复腔隙病变

　　研究者测量了对照组和 Spp1 中 CSA MG 中 FN1 的相对体积，并检测到突变胚胎FN1的显著减少。表明Spp1 是有助于维持皮质边界组织完整性的因素之一。此外，WT 和 Spp1 幼崽在产前暴露于PLX3397，可以观察到相当一部分的MG募集和Mac2诱导，但在缺乏Spp1的小鼠中显著抑制病变闭合。

　　综上所述， MG 和 Spp1 在防止 CSA 微腔发展为大病变和促进其迅速闭合方面起着至关重要的作用，这对于在发育过程中保持大脑完整性至关重要。

　　总结

　　研究者也在最后指出了文章的局限性：虽然确定了 MG 和 Spp1 依赖性和修复特性在皮质边界的关键作用，但通过遗传操作扭曲大脑形态是在间接评估形态遗传应激。其次，不可能对 CSA 和 CSB 的MG 进行脑区特定的操作，无法有效和选择性地消除这种瞬时细胞群。而这也为其他研究者提供了研究思路和方向。

　　但不可否认的是，本项研究揭示了 MG 在大脑皮层发育过程中保持组织完整性的重要作用，在没有MG的情况下，病变在特定的皮质边界处形成。有趣的是，虽然之前的研究显示产后ATM的功能主要归因于Igf1，但本文研究表明，Spp1 / OPN是一种非典型的细胞外基质的相互作用因子，有助于组织完整性和发育中大脑中大病变的快速修复。研究结果支持了 Spp1 核心 ATM 因子对组织完整性和修复中MG功能的贡献。组织脆性、胚胎 ATM 定位和MG功能之间存在微妙的平衡，这需要进一步研究 ATM 诱导所涉及的途径及其在多种物种中的作用。总的来说，大脑皮层的正常发育取决于大脑巨噬细胞对组织损伤的减轻，从而允许复杂结构的形态发生，这也是大脑进化的标志。

　　原文链接：

　　https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)00044-8?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0092867424000448%3Fshowall%3Dtrue

　　参考文献