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《细胞—干细胞》发表迄今对胚胎人脑不同区域小胶质细胞特化最系统完整的研究

2022-03-04 10:37:06
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  “太和生万物,广宇汇千灵”——这句诗句描述了太极产生万物,广宇汇集世间万物。与之相类似的是,作为早期重要免疫细胞产生的卵黄囊产生原始巨噬细胞,脑汇集这些细胞,其在不同脑区发育特化为小胶质细胞。

  作为脑中固有免疫细胞的小胶质细胞,是脑中重要的免疫保护细胞,起到防御功能,其重要性不言而喻,如果小胶质细胞出现紊乱,健康脑就会出现疾病状态,目前关于小胶质细胞起源特化发育的认知具有极大的空白,亟需开展探索研究,明确小胶质细胞的特性及分类,从而为预防和治疗脑疾病提供理论指导。

  北京时间2022年3月4日凌晨,《细胞—干细胞》杂志在线发表了关于人类胚胎不同脑区小胶质细胞特化及发育研究,精准揭示了发育中人脑小胶质细胞区域特化和状态转换的时空动力学特征并且评估了这人鼠两个物种之间状态转换的保守性和分子差异性。

  中国科学院动物研究所焦建伟、北京大学杜鹏、中国科学院动物研究所王雁玲、北京大学靳蕾为该论文的共同通讯作者。博士后李妍昕、博士后李忠秋、博士研究生杨敏、博士后王飞扬张玥红主任医师、李蓉主任医师为该论文的共同第一作者。滕兆乾研究团队参与了项目协作。

杂志

  作为中枢神经系统(central nervous system,CNS)的固有免疫细胞,小胶质细胞(Microglia)在健康CNS中发挥着重要的免疫、监测和保护作用。有证据表明,小胶质细胞来源于卵黄囊组织中的红系髓系前体细胞,它们迁移、定植、分化,并在大脑中成熟,最终达到稳定状态,维持中枢神经系统环境的免疫平衡。与成年成熟的小胶质细胞相比,胚胎期小胶质细胞表现出很大的异质性,并参与各种生理活动的调节。中枢神经系统由脑和脊髓组成,脑包含的主要脑区有:大脑皮层、间脑、中脑和小脑。

  但是,起源于卵黄囊组织中相同红系髓系前体细胞的小胶质细胞在四个脑区的发育路径和不同状态转换,以及它们的相关功能特征尚不清楚。同时,人类和小鼠之间的物种差异极大地限制了我们对人类小胶质细胞分化和发育功能的理解,尤其是在早期胚胎发育期间。对于人脑早期发育过程中小胶质细胞的区域特化命运决定和状态转换并不清楚。

  首先研究人员利用10x Genomics单细胞测序技术,构建人胚胎脑不同区域小胶质细胞的单细胞转录组图谱,作者绘制了来自人类胚胎,包括Carnegie Stage (CS)12卵黄囊和头部组织以及脑的不同解剖位置,包括大脑、间脑、中脑、小脑在多个孕周(gastrulation week,GW)(GW8、GW10、GW12、GW16和GW23)的单细胞转录组图谱。发现了起源、增殖、免疫应答和神经元基因富集相关四大类群小胶质细胞。

  与此同时,作者鉴定出小胶质细胞发育2条重要分枝:神经元基因富集分枝和免疫相关分枝。这是首次揭示了人胚胎脑神经元基因富集的小胶质细胞命运分枝。在这项研究中,作者鉴定出7群富含神经元基因的小胶质细胞,发现神经元基因富集小胶质细胞很早出现并出现区域特化。而免疫相关小胶质细胞在区域特化的发育中会脱离相对静息状态,转换成多种激活状态,同时免疫相关小胶质细胞的区域特化会伴随小胶质细胞静息状态的退出。接下来,作者发现了人类和小鼠的小胶质细胞状态转换的保守性和分子差异性。

探索小胶质细胞发育规律

图:探索小胶质细胞发育规律

  综上所述,这项研究是目前为止对胚胎人脑不同区域小胶质细胞特化最系统完整的研究,揭示了人类胚胎小胶质细胞从卵黄囊到脑不同区域的整体发育路径、区域异质性、胎儿小胶质细胞状态转变的独特特征,以及早期大脑发育期间状态转变和区域特异性之间的密切联系,这些发现将为研究小胶质细胞正常功能及相关疾病机理研究提供重要的理论基础。

  相关论文信息:

  https://doi.org/10.1016/j.stem.2022.02.004

  来源:小柯生命

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