單核細胞誘導的小膠質細胞作為小膠質細胞生理模型的研究

精神分裂癥和阿爾茨海默病等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生，很大程度上與小膠質細胞的功能障礙有關。為了更深入地探索小膠質細胞在病理中的角色，我們需要一個可以模擬人體的實驗模型。現(xiàn)在，這些模型大多源于人類誘導多能干細胞（hiPSC）所產生的小膠質細胞。然而，將人類誘導多能干細胞（hiPSC）分化為小膠質細胞是一個具有挑戰(zhàn)性的任務，并且其分化過程通常較為緩慢，這使得它不太適合用于高通量的臨床試驗。另一個值得注意的問題是，誘導的小膠質細胞（iMGs）的表現(xiàn)并不總是與體內的小膠質細胞相似。

然而，最新的研究已經(jīng)成功地從單核細胞中分化成了誘導的小膠質細胞（iMGs），并從免疫學、行為學以及遺傳學的角度對其進行了深入的驗證。誘導的小膠質細胞（iMGs）的生成周期不超過兩周，這比從人類誘導多能干細胞（hiPSC）中培養(yǎng)小膠質細胞通常所需的40天時間要短得多。因此產生的誘導的小膠質細胞（iMGs）對于深入了解如精神分裂癥和阿爾茨海默�。ˋD）這樣的神經(jīng)系統(tǒng)疾病非常有幫助。

小膠質細胞簡介
小膠質細胞在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中扮演著免疫細胞的角色，對于大腦的正常運作起到了關鍵作用。在正常生理過程中，小膠質細胞主要在神經(jīng)生成、突觸修剪和吞噬活動中起到關鍵作用，而不進行免疫監(jiān)視。但是，當面臨壓力或過度的刺激時，小膠質細胞會被激活并轉入促炎狀態(tài)（M1）。當小膠質細胞過度活躍時，它們會釋放出如IL-1β、IL-6、TNF-α等神經(jīng)毒性因子和細胞因子。如果被激活的時間過長，它們會誘發(fā)神經(jīng)元凋亡和腦部損傷。這種現(xiàn)象在多種神經(jīng)系統(tǒng)和神經(jīng)退行性疾病中都有所體現(xiàn)。

這是一種與小膠質細胞相似的小膠質細胞

驗證誘導的小膠質細胞（iMGs），首先需要對其形態(tài)進行評估。從相位對比的角度看，iMGs在第5天開始出現(xiàn)分枝，到了第10-14天，它們的外觀像是典型的靜息小膠質細胞，擁有一個小細胞體和多個分枝。誘導巨噬細胞（iMacs）呈現(xiàn)出明顯的“煎蛋”狀特征，其細胞體表現(xiàn)為擴張的圓形結構。
研究團隊將他們的研究焦點轉移到了小膠質細胞的特異性標記物上，并對跨膜蛋白119（TMEM119）以及嘌呤能受體P2RY12進行了深入探討。盡管它們被視為小膠質細胞的獨特標記，巨噬細胞卻不具備這些標記。利用抗TMEM119和抗P2Y12受體（胞外）抗體，可以明確地觀察到誘導的小膠質細胞（iMGs）表達TMEM119和P2RY12，但是誘導巨噬細胞（iMacs）卻沒有（如圖1所示）。這清晰地展示了TMEM119與P2RY12是如何區(qū)分iMG細胞與由單核細胞衍生的巨噬細胞的。

誘導的小膠質細胞（iMGs）表達小膠質細胞的特定標記物（如TMEM119和P2RY12）以及其他髓系特異性標記物。免疫細胞化學結果表明，誘導巨噬細胞（iMacs）和誘導小膠質細胞（iMGs）的來源是外周單核細胞。（A）iMG細胞表達獨特的小膠質細胞標記物TMEM119（b）和P2RY12（d），而P2Y12受體（細胞外）在iMacs（a c）中并未表達。（B）在iMacs和iMG細胞中，髓系標記物都有所表達，例如Iba1（a b）、PU.1（c d）、CX3CR1（e f）以及TREM2（g h）。圖片來源：Banerjee A et al.2021；15:629279.doi:10.3389/fncel.2021.629279
 

行為像小膠質細胞的小膠質細胞

盡管這些細胞在外觀上似乎與小膠質細胞相似，但它們的行為真的與小膠質細胞相似嗎？作為一種免疫細胞，小膠質細胞具有吞噬功能：它們能清除已經(jīng)死亡或瀕臨死亡的細胞，以及其他未折疊的蛋白質，例如淀粉樣蛋白β（Aβ），Aβ被認為是阿爾茨海默�。ˋD）的明顯標志。

研究團隊利用Aβ42模擬了我們在阿爾茨海默病患者身上觀察到的場景。通過顯微鏡和流式細胞儀的觀察，可以清晰地看到Aβ42與熒光基團的連接，四小時之后，iMGs已經(jīng)完全吞噬了外源Aβ42。這項研究首次揭示了由單核細胞產生的小膠質細胞具有吞噬外源性Aβ蛋白的能力。

關于小膠質細胞及其遺傳學的研究

最終，研究團隊對iMG基因的表達譜和腦源性小膠質細胞的表達數(shù)據(jù)進行了對比分析。通過聚類分析，發(fā)現(xiàn)iMG基因的表達與腦源性小膠質細胞或由hiPSC誘導的小膠質細胞密切相關。

誘導的小膠質細胞（iMGs）表達了與小膠質細胞相關的特定基因，這些基因涉及到突觸囊泡的調控、離子轉運、突觸組織的相關基因，以及在補體系統(tǒng)中的某些基因。這些數(shù)據(jù)揭示了誘導的小膠質細胞（iMGs）在基因表達譜上與生理有著密切的關聯(lián)。

誘導產生的小膠質細胞與小膠質細胞在性質上是相似的
以上實證研究表明，誘導的小膠質細胞（iMGs）能夠作為研究人類大腦中駐留小膠質細胞的生理模型。這一易于操作且具有可擴展性的模型，對于深入理解精神和神經(jīng)系統(tǒng)疾病的成因具有極高的價值。

相關文獻：

Banerjee A, Lu Y, Do K, Mize T, Wu X, Chen X, Chen J. Validation of Induced Microglia-Like Cells (iMG Cells) for Future Studies of Brain Diseases. Front Cell Neurosci. 2021 Apr 9;15:629279. doi: 10.3389/fncel.2021.629279. PMID: 33897370; PMCID: PMC8063054.