专家点评Cell | 米达/郭增才团队开发胚胎小鼠活体成像技术揭示胚胎大脑内神经-血管-免疫动态互作机制

点评 | 时松海（中国科学院院士）、罗敏敏（北京脑科学与类脑研究所）

哺乳动物大脑皮层由高度异质性的细胞谱系构成，包括神经元（如兴奋性谷氨酸能神经元与抑制性γ-氨基丁酸能神经元）以及非神经元细胞（如神经胶质细胞、免疫细胞和血管细胞等）。在哺乳动物大脑发育过程中，神经元与免疫细胞通过不同细胞运动模式响应环境变化，并与周围细胞发生互作。神经元的精准迁移、免疫细胞的环境监督以及神经-血管-免疫细胞间的动态互作，对于大脑皮层发育与稳态维持至关重要。

然而，传统基于 急性脑切片成像的研究会破坏大脑完整性、脑内血管网络以及免疫细胞的生理静息状态，加之现有胚胎活体成像技术在观测稳定性、视角多样性和操作便捷性等方面的局限，使得在体观测胚胎小鼠大脑中神经细胞动态行为面临重大挑战。

2025年12月16日，清华大学生命科学学院、清华-IDG/麦戈文脑科学研究院、生命科学联合中心、膜生物学全国重点实验室米达团队，与清华大学医学院、清华-IDG/麦戈文脑科学研究院、生命科学联合中心郭增才团队合作，在Cell发表了题为Intravital observation of neuronal and immune cell dynamics in the developing mammalian brain的研究论文。该研究开发了一种高稳定性、多视角、长时程的胚胎小鼠宫内活体成像技术（IMEE），首次在体阐明了胚胎小鼠大脑皮层内抑制性神经元与血管网络及小胶质细胞间的动态互作模式。研究还为神经发育性疾病模型小鼠中神经元迁移异常提供了全新在体证据，同时解析了胚胎免疫细胞在响应环境压力时的动态行为模式。这项工作突破了传统胚胎神经成像的技术瓶颈，为解析大脑发育过程中的神经-血管-免疫系统互作机制与协同发育机制开辟了全新的研究范式，凸显了胚胎活体成像技术在神经科学与脑疾病研究中的重要价值。

1. 胚胎小鼠活体成像技术IMEE的建立

本研究开发的IMEE活体成像技术，通过辅助支持装置固定胚胎小鼠并结合双光子显微成像，实现了对E10.5至E16.5胚胎小鼠的长时程、大视野、高深度活体观测。IMEE技术成功克服了传统胚胎活体成像在观测稳定性、时长、视角及操作便捷性等方面的限制。研究人员通过监测胚胎脑内血流、检查胚胎形态、评估胚胎脑组织细胞活性、组成及细胞功能等多方面指标，证实了IMEE成像过程中胚胎小鼠发育状态正常。

【IMEE活体观察不同发育时期的胚胎小鼠】

2. 解析胚胎小鼠大脑内神经元迁移模式与小胶质细胞监督模式

利用不同品系的转基因小鼠内源荧光标记或小鼠胚胎电转技术，研究人员标记了胚胎小鼠大脑皮层内的兴奋性或抑制性神经元，并结合IMEE成像，系统性地鉴定了不同类型神经元的个体与群体迁移模式。结果显示，源于背侧端脑的新生兴奋性神经元通过多极化迁移（Multipolar migration）、位移运动（Locomotion）及胞体转运（Somal translocation）方式在大脑皮层中进行径向迁移；而产生于腹侧端脑的抑制性神经元则分别通过异质或同质方向扩散模式于皮层边缘区（Marginal zone，MZ）或脑室下区（Subventricular zone，SVZ）进行切向迁移。

此外，借助IMEE技术，研究人员对Cx3cr1GFP+/-转基因胚胎小鼠大脑皮层中内源荧光标记的小胶质细胞进行了实时观测，并结合细胞形态变化构建向量场，进行了拓扑分解分析。结果显示，静息状态下的毛细血管相关小胶质细胞（Capillary-associated microglia, CAMs）与脑实质小胶质细胞（Parenchymal microglia, PCMs）在环境监视中表现出不同的动态行为模式，其中后者显示出更活跃的细胞突起伸缩运动。

3. 揭示胚胎小鼠大脑内神经-血管-免疫动态互作模式

结合活体血管标记技术与IMEE，研究首次实现了对哺乳动物胚胎大脑内神经 血管 免疫互作的实时观测。根据抑制性神经元在切向迁移过程中其引导突与血管的接触方式，研究人员区分出两类互作模式：末端接触（Terminal contact，TC）与突起接触（Process contact，PC）。结果表明，末端接触会引发神经元引导突分支收缩或新生，从而改变迁移路径以绕过接触对象；而突起接触则允许神经元沿原方向继续迁移，例如沿血管壁“滑动”。

【抑制性神经元与血管相互作用的不同模式】

此外，通过单细胞及组织转录组测序分析，研究人员解析了Eph-ephrin与Plexin-Semaphorin两类化学排斥性信号通路成员在神经元、血管内皮细胞与小胶质细胞中的表达模式与潜在细胞间通讯模式。进一步体内实验证实EphA4受体在介导中间神经元引导突末端接触血管后的排斥行为中起关键作用。

4. IMEE在神经发育疾病与胚胎免疫激活研究中的应用

将IMEE应用于丙戊酸诱导的自闭症谱系障碍小鼠模型，研究揭示了抑制性神经元的迁移行为缺陷，将细胞动态异常与宏观发育表型直接关联，为理解此类疾病在胚胎期的病理机制提供了关键的在体证据。

此外，通过子宫内损伤模型结合IMEE，研究证实胚胎小胶质细胞能迅速响应损伤、聚集至受损区域，并转化为激活状态，执行吞噬与组织修复功能。

综上，本研究综合应用新型胚胎小鼠活体成像技术IMEE、活体血管标记与向量场拓扑分析等方法，系统阐明了哺乳动物胚胎大脑内不同类型神经元与免疫细胞的动态行为，首次揭示了迁移神经元与血管网络、小胶质细胞之间的动态互作模式，并展示了病理条件下细胞行为的异常与响应。该工作为深入理解大脑发育过程中细胞对周围环境的适应机制提供了重要实验证据和理论依据，也为研究发育性脑疾病的致病机制提供了全新方法。

清华大学生命科学学院副教授，清华-IDG/麦戈文脑科学研究院、生命科学联合中心、膜生物学全国重点实验室研究员米达与清华大学医学院副教授，清华-IDG/麦戈文脑科学研究院、生命科学联合中心研究员郭增才为本文共同通讯作者。清华大学生命科学学院博士生龙真、医学院博士生于永震与生命科学学院博士生贺辰祎为本文共同第一作者。此外，清华大学生命科学学院博士后徐林壑、生命科学学院博士生燕逸铭以及致理书院本科生李卓儒也为本研究做出了重要贡献。感谢清华大学生命科学学院时松海院士、梁鑫教授、吴嘉敏教授对本研究的宝贵建议。

原文链接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)01313-3

专家点评

时松海（中国科学院院士）

这项研究在发育神经生物学领域具有重要意义。米达与郭增才团队成功开发的胚胎小鼠活体成像技术（IMEE），突破了长期制约在体观测哺乳动物胚胎大脑内细胞动态行为的技术瓶颈。传统成像方法受限于离体环境失真，或是在体观测的稳定性与时空局限性，难以真实、完整地捕捉大脑发育过程中的细胞动态图景。本工作的核心价值在于，IMEE技术首次实现了对关键发育窗口期胚胎小鼠大脑的长时程、稳定活体观测，为在体生理条件下研究不同类型神经细胞的动态行为建立了全新研究范式。

研究并未止步于技术展示，而是运用这一强大工具，系统解析了小鼠大脑皮层发育过程中兴奋性与抑制性神经元的迁移模式，以及小胶质细胞环境监督行为的异质性。此外，研究创新性地定义了迁移神经元与血管网络及小胶质细胞间的两种互作模式——末端接触与突起接触，并初步阐明其分子调控机制，为深入理解大脑发育过程中神经-血管-免疫系统动态互作模式与协同发育机制提供了重要理论依据。

该工作标志着神经发育研究范式的一次升级：它将复杂的细胞动态行为与细胞间互作置于原生胚胎生理环境中进行“现场直播”与定量解析，为揭示大脑皮层精密组装的底层规律提供了全新视角。其所建立的技术体系与分析方法，将成为未来研究大脑发育和脑发育疾病的重要工具，具有深远的方法学价值与广阔的应用前景。

专家点评

罗敏敏（北京脑科学与类脑研究所）

米达团队与郭增才团队的合作工作，成功开发了一种高稳定性、多视角、长时程的胚胎小鼠宫内活体成像技术（IMEE），为在体观测哺乳动物大脑发育提供了关键方法突破。该技术有效克服了胚胎组织脆弱、成像不稳定等传统难题，实现了对皮层神经元、血管及免疫细胞动态互作的长时程、高分辨观测。

研究利用这一强大技术，首次在体揭示了胚胎大脑皮层内抑制性神经元与血管网络、小胶质细胞之间的动态相互作用，发现神经元通过引导突主动探查并响应微环境信号，借助接触排斥等机制进行迁移导航。此外，作者还将该技术应用于自闭症模型小鼠，直接观察到神经元迁移的行为异常，为理解神经发育障碍的细胞机制提供了重要在体证据。研究还发现胚胎小胶质细胞具有快速感知损伤并启动修复的能力，拓展了对胚胎期神经—免疫互作的认识。

这项工作通过创新的活体成像方法，为揭示大脑发育中神经—血管—免疫系统的协同作用提供了新的研究途径，也展现了该技术在解析发育性疾病机制方面的潜在价值，标志着发育神经生物学向动态、在体、多系统整合研究迈出了重要一步。

制版人： 十一

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