Nat neurosci丨剑桥大学团队揭示少突胶质细胞发育来源影响成人脑功能

在中枢神经系统中，少突胶质谱系细胞（OLCs）主要包括少突胶质细胞（oligodendrocyte）和少突胶质前体细胞（oligodendrocyte progenitor cell），前者是形成神经元髓鞘的重要基础，后者主要是不断增殖分化形成成熟的少突胶质细胞以及通过自我复制维持细胞的数目在一定的水平。在小鼠胚胎前脑中，发育过程中不同的少突胶质细胞祖细胞群及其子代少突胶质细胞以从腹侧到背侧的时空梯度从三个不同的区域出现。然而，这种少突胶质细胞发育异质性的功能重要性尚不清楚。

基于此，2024年6月7日剑桥大学Robin J. M. Franklin研究团队在Nature neuroscience杂志发表了“Developmental origin of oligodendrocytes determines their function in the adult brain”，该研究揭示了少突胶质细胞的发育起源决定了它们在成人大脑中的功能。

研究者利用一种遗传策略来消融背侧来源的少突胶质细胞谱系细胞，结果表明，成人中枢神经系统中通常存在背侧来源的上皮层细胞的区域被腹侧来源的上皮层细胞填充并形成髓鞘。这些异位少突胶质细胞（eOLs）具有独特的基因表达谱和细微的髓鞘形成异常。本研究揭示了少突胶质细胞谱系中发育异质性的重要性及其对稳态脑功能的重要性。

图一 dOPCs的基因消融可以通过腹侧来源的细胞完全恢复

研究者首先使用Sox10-eGFP-tdTom小鼠研究这种在时间和空间上的发育异质性是否对OLs具有功能意义。在对照组小鼠皮层的出生后的一天中，大约70%的OPCs是背侧来源的（dOPCs），在P7时达到90%以上，并在整个成年期都保持在这个水平。通过将Emx1-Cre/Sox10- eGFP-tdTom双转基因小鼠与表达OLCs中白喉毒素片段A（DTA）的转基因株系（Sox10-DTA）杂交可特异性去除dOPCs。在成年动物中，大脑皮层中70-85%的背侧来源的少突胶质细胞谱系细胞（dOLCs）被消融。尽管eGFP+和tdTom+细胞对腹侧来源的eGFP+细胞迁移，成年动物大脑皮层中Pdgfra+ OPCs和CC1+OLs的总数没有变化。消融dOLCs并不伴随着改变增殖反应eOPCs，表明腹侧OL细胞在出生前就已经在发育中的皮层中填充了足够数量的细胞。

图二 背侧前脑的eOL髓鞘形成会导致认知能力改变

为了研究这些细微的髓鞘变化是否会导致功能异常，或者eOLCs是否仍然可以在功能上补偿dOLCs，研究者进行了一系列的运动测试，因为在运动皮层内有大量的eOLCs替代dOLCs。皮质中有eOLCs的小鼠（消融小鼠）在水平平衡木行走方面表现出明显的缺陷，降低步幅（步态测试）和协调快速运动的能力受损。然后，我们使用啮齿动物持续表现任务（rCPT）测试了消融小鼠的认知变化，该任务通过要求小鼠区分视觉“目标”和“非目标”刺激，并只对目标做出反应来评估注意力。消融小鼠的命中率（HR）和误报率（FAR）均增加，表明标准（对“目标”或“非目标”）刺激反应的阈值降低。接下来进行了视觉辨别和反转学习测试，排除了消融小鼠的感知辨别和持续性方面的任何缺陷。这些数据表明，消融小鼠表现出冲动表型，表明前额叶抑制控制受损。CPT任务中的这种行为模式类似于小鼠的前扣带皮层（ACC）损伤后的行为模式，这表明ACC可能参与了控制在消融小鼠中观察到的冲动表型。

图三 消融dOLCs会引起神经元亚型的微小变化

为了评估观察到的功能缺陷是否由于消融过程中诱导的OL谱系以外的细胞的“脱靶”效应，研究者对OLCs、小胶质细胞和星形胶质细胞标记物进行了免疫组化，并用免疫印迹对星形胶质细胞标记物进行了分析。没有在P0和P90时检测到OLCs、小胶质细胞或星形胶质细胞数量的变化。为了进一步研究消融后胶质和神经元群体的转录变化，对P0时进行了单核RNA测序（snRNA-seq），捕获了dOPCs消融时的发育时期。研究者发现Ebf1+投射抑制性中间神经元的比例略有下降。基于RNAscope的原位杂交分析显示，P0时成年动物大脑皮层中兴奋性和抑制性神经元的总数没有差异，提示snRNA-seq检测到的微小差异可能是区域解剖的差异。因此，无法检测到消融dOLCs对其他细胞类型的显著影响，运动和认知表型很可能是由OLCs的变化引起的。

总结

尽管OLCs可以填充和髓鞘化中枢神经系统区域，这些区域通常是不同发育来源的OLCs的区域。具体来说，新皮层的髓鞘化主要由腹侧起源而不是背侧起源的OLCs引起，导致了运动和认知行为方面的缺陷。这些eOLCs通过揭示基因表达和髓鞘形成的关键差异，显示了OL发育的异质性，这很可能是OL的时空起源和功能之间的关系，导致了动物谱系中运动和认知行为的改变。

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