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

1、microglia culling和microglia scavenging新概念
小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬突觸可分小膠質(zhì)細(xì)胞識(shí)別突觸和突觸清除等過程，均可被小膠質(zhì)細(xì)胞或神經(jīng)元啟動(dòng)。因此，根據(jù)調(diào)控突觸清除的方式，團(tuán)隊(duì)提出microglia culling和microglia scavenging。culling被認(rèn)為是小膠質(zhì)細(xì)胞信號(hào)驅(qū)動(dòng)的，小膠質(zhì)細(xì)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(xì)胞主動(dòng)脫落突觸并清除）。scavenging過程被認(rèn)為是神經(jīng)元信號(hào)驅(qū)動(dòng)，神經(jīng)元質(zhì)膜自身機(jī)制引起突觸脫落，隨后被小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬（小膠質(zhì)細(xì)胞被動(dòng)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(xì)胞溶酶體蛋白（CD68標(biāo)記）內(nèi)存在突觸前或突觸后結(jié)構(gòu)標(biāo)志物，該過程被認(rèn)為是吞噬過程。小膠質(zhì)細(xì)胞溶酶體中脂褐素的自發(fā)熒光沉積可能會(huì)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(xué)成像技術(shù)可觀察到突觸結(jié)構(gòu)存在于小膠質(zhì)細(xì)胞中，但無(wú)法準(zhǔn)確記錄突觸脫落過程，無(wú)法區(qū)分microglia culling和 scavenging過程。

準(zhǔn)確記錄突觸脫落過程可依賴于在體成像技術(shù)，可動(dòng)態(tài)追蹤小膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元結(jié)構(gòu)動(dòng)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(xì)胞吞噬突觸的過程，卻仍然未捕捉到小膠質(zhì)細(xì)胞自動(dòng)脫落整個(gè)突觸的過程。

作者認(rèn)為觀察microglia culling的難點(diǎn)在于觀測(cè)時(shí)間窗的正確選擇。神經(jīng)元的連接和動(dòng)作電位的傳播發(fā)生在毫秒級(jí)，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(xì)胞的分支移動(dòng)也發(fā)生在分鐘內(nèi)，每分鐘約以1.0-1.5 μm速度移動(dòng)。小膠質(zhì)細(xì)胞完成吞噬凋亡細(xì)胞約17分鐘，完成降解過程約需要3小時(shí)。考慮到突觸尺寸比神經(jīng)元小，因此小膠質(zhì)細(xì)胞完成吞噬和降解突觸的時(shí)間會(huì)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(biāo)記多余的突觸和小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬和降解等多個(gè)細(xì)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(xì)胞觸發(fā)受體2（TREM2）、補(bǔ)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(xì)胞生理功能和轉(zhuǎn)錄組的改變。標(biāo)記清除突觸的信號(hào)類似于吞噬細(xì)胞吞噬凋亡細(xì)胞的”eat me”信號(hào)，包括磷脂酰絲氨酸、補(bǔ)體蛋白C1q、C3等。值得注意的是，敲除這些基因后，也無(wú)法區(qū)分microglia culling和 scavenging過程。
 

圖2、 神經(jīng)元、小膠質(zhì)細(xì)胞、突觸活動(dòng)的時(shí)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(xì)胞膜是小膠質(zhì)細(xì)胞實(shí)現(xiàn)完整吞噬突觸的屏障，因此研究調(diào)控神經(jīng)元細(xì)胞膜的變形和斷裂的分子機(jī)制至關(guān)重要。然而，這些機(jī)制尚未得到充分探討。作者認(rèn)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(xì)胞清除（microglia scavenging過程），也可能小膠質(zhì)細(xì)胞推動(dòng)神經(jīng)元質(zhì)膜裂變過程（microglia culling）。

轉(zhuǎn)運(yùn)必需內(nèi)體分選復(fù)合物(ESCRT)系統(tǒng)可改變細(xì)胞膜形態(tài)，打包和分選分子、清除廢物，并參與細(xì)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(jī)制。小膠質(zhì)細(xì)胞通過調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白聚合的分子和肌球蛋白馬達(dá)協(xié)同作用可能形成吞噬杯‌（phagocytic cup，形成一個(gè)杯狀的凹陷區(qū)域），產(chǎn)生收縮，可能會(huì)引發(fā)突觸膜自主裂變 ，也可能通過募集促進(jìn)膜裂變的動(dòng)力蛋白引起神經(jīng)元質(zhì)膜裂變。作者認(rèn)為這些可能是神經(jīng)元自主質(zhì)膜破裂或小膠質(zhì)細(xì)胞推動(dòng)膜裂變的潛在機(jī)制。
 

圖3、不同維度突觸清除研究方法的利弊

總結(jié)
作者認(rèn)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(jī)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(xì)胞推動(dòng)膜裂變的作用機(jī)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(xiàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行解讀，存在觀點(diǎn)偏向性，僅作分享，請(qǐng)參考原文深入學(xué)習(xí)。
 

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