2024年12月11日西班牙Achucarro Basque神經(jīng)科學中心 Amanda Sierra在Nature Neuroscience雜志上發(fā)表觀點文章討論研究小膠質(zhì)細胞清除突觸實驗技術(shù)的缺陷、小膠質(zhì)細胞或神經(jīng)元調(diào)控突觸清除的信號，為小膠質(zhì)細胞清除突觸提供新的觀點。
 

1、microglia culling和microglia scavenging新概念
小膠質(zhì)細胞吞噬突觸可分小膠質(zhì)細胞識別突觸和突觸清除等過程，均可被小膠質(zhì)細胞或神經(jīng)元啟動。因此，根據(jù)調(diào)控突觸清除的方式，團隊提出microglia culling和microglia scavenging。culling被認為是小膠質(zhì)細胞信號驅(qū)動的，小膠質(zhì)細胞通過收縮環(huán)切斷神經(jīng)元質(zhì)膜，清除多余的突觸（小膠質(zhì)細胞主動脫落突觸并清除）。scavenging過程被認為是神經(jīng)元信號驅(qū)動，神經(jīng)元質(zhì)膜自身機制引起突觸脫落，隨后被小膠質(zhì)細胞吞噬（小膠質(zhì)細胞被動脫落突觸并清除過程）。
 

圖1、 突觸清除的完整模式圖

2、突觸清除研究方法和技術(shù)的缺陷
目前主要通過透射電鏡或共聚焦顯微鏡技術(shù)發(fā)現(xiàn)離體組織中小膠質(zhì)細胞溶酶體蛋白（CD68標記）內(nèi)存在突觸前或突觸后結(jié)構(gòu)標志物，該過程被認為是吞噬過程。小膠質(zhì)細胞溶酶體中脂褐素的自發(fā)熒光沉積可能會混淆上述吞噬過程，但這一問題通過開發(fā)新技術(shù)已經(jīng)得到有效解決。此外，盡管上述光學成像技術(shù)可觀察到突觸結(jié)構(gòu)存在于小膠質(zhì)細胞中，但無法準確記錄突觸脫落過程，無法區(qū)分microglia culling和 scavenging過程。

準確記錄突觸脫落過程可依賴于在體成像技術(shù)，可動態(tài)追蹤小膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元結(jié)構(gòu)動態(tài)互作的過程。盡管已有通過雙光子顯微鏡在體成像技術(shù)觀察到小膠質(zhì)細胞吞噬突觸的過程，卻仍然未捕捉到小膠質(zhì)細胞自動脫落整個突觸的過程。

作者認為觀察microglia culling的難點在于觀測時間窗的正確選擇。神經(jīng)元的連接和動作電位的傳播發(fā)生在毫秒級，樹突棘的結(jié)構(gòu)變化發(fā)生在數(shù)分鐘內(nèi)。小膠質(zhì)細胞的分支移動也發(fā)生在分鐘內(nèi)，每分鐘約以1.0-1.5 μm速度移動。小膠質(zhì)細胞完成吞噬凋亡細胞約17分鐘，完成降解過程約需要3小時。考慮到突觸尺寸比神經(jīng)元小，因此小膠質(zhì)細胞完成吞噬和降解突觸的時間會少一些。綜上所述，追蹤完整的microglia culling過程需要考慮感知觸發(fā)突觸重塑的刺激、標記多余的突觸和小膠質(zhì)細胞吞噬和降解等多個細節(jié)，困難重重。

已有研究表明趨化因子C-X3-C motif配體 1 （CX3CR1）、髓樣細胞觸發(fā)受體2（TREM2）、補體蛋白C1q、MER酪氨酸激酶(MERTK)等參與突觸清除過程，但這些吞噬相關(guān)蛋白除了影響吞噬作用之外，還影響多種小膠質(zhì)細胞生理功能和轉(zhuǎn)錄組的改變。標記清除突觸的信號類似于吞噬細胞吞噬凋亡細胞的”eat me”信號，包括磷脂酰絲氨酸、補體蛋白C1q、C3等。值得注意的是，敲除這些基因后，也無法區(qū)分microglia culling和 scavenging過程。
 

圖2、 神經(jīng)元、小膠質(zhì)細胞、突觸活動的時間窗

3、突觸清除需要神經(jīng)元質(zhì)膜裂變過程
神經(jīng)元細胞膜是小膠質(zhì)細胞實現(xiàn)完整吞噬突觸的屏障，因此研究調(diào)控神經(jīng)元細胞膜的變形和斷裂的分子機制至關(guān)重要。然而，這些機制尚未得到充分探討。作者認為神經(jīng)元可能從內(nèi)部協(xié)調(diào)膜裂變的過程， 隨后脫落的突觸被小膠質(zhì)細胞清除（microglia scavenging過程），也可能小膠質(zhì)細胞推動神經(jīng)元質(zhì)膜裂變過程（microglia culling）。

轉(zhuǎn)運必需內(nèi)體分選復合物(ESCRT)系統(tǒng)可改變細胞膜形態(tài)，打包和分選分子、清除廢物，并參與細胞分裂、神經(jīng)元重塑等，可能是突觸清除過程中神經(jīng)元質(zhì)膜破裂的潛在機制。小膠質(zhì)細胞通過調(diào)節(jié)肌動蛋白聚合的分子和肌球蛋白馬達協(xié)同作用可能形成吞噬杯‌（phagocytic cup，形成一個杯狀的凹陷區(qū)域），產(chǎn)生收縮，可能會引發(fā)突觸膜自主裂變 ，也可能通過募集促進膜裂變的動力蛋白引起神經(jīng)元質(zhì)膜裂變。作者認為這些可能是神經(jīng)元自主質(zhì)膜破裂或小膠質(zhì)細胞推動膜裂變的潛在機制。
 

圖3、不同維度突觸清除研究方法的利弊

總結(jié)
作者認為在研究突觸清除過程中需要厘清microglia culling和 scavenging過程，有助于更好理解突觸清除的作用機制。此外，需要關(guān)注神經(jīng)元自主質(zhì)膜破裂或小膠質(zhì)細胞推動膜裂變的作用機制，這在之前研究突觸清除過程中一直被忽略。

創(chuàng)作聲明：本文是在原英文文獻基礎上進行解讀，存在觀點偏向性，僅作分享，請參考原文深入學習。
 

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