Immunity | 小胶质细胞的“七十二变”：揭秘大脑免疫细胞的可塑性

撰文 | Qi

传统观点认为，小胶质细胞是静态的清道夫，只在脑损伤或感染时被激活，进行吞噬和炎症反应。然而，随着单细胞RNA测序等技术的革命性进展，科学家们惊讶地发现，小胶质细胞远非千篇一律 ， 它们在不同的生命阶段和脑区背景下，展现出截然不同的状态， 例如 在出生后早期大脑白质（如胼胝体）中，存在着一群形态像变形虫、高度活跃的增殖区相关小胶质细胞（PAM）。它们高表达Clec7a等基因，积极吞噬细胞碎片，并通过分泌胰岛素样生长因子1（IGF1）等分子，为髓鞘的正常形成保驾护航 ； 在阿尔茨海默病等神经退行性疾病的大脑里，会出现疾病相关小胶质细胞（DAM） ， 它们聚集在淀粉样蛋白斑块周围，试图清除这些异常沉积，但其过度激活也可能加剧神经炎症和损伤 。 此外，在 正常老化的大脑白质中，则 会 出现白质相关小胶质细胞（WAM），其基因特征与DAM部分重叠，可能与年龄相关的白质变性和认知衰退有关【1-5】。

这些发现引出了一个核心谜题：PAM、DAM、WAM等不同状态的小胶质细胞，究竟是来自不同祖细胞的、固定不变的独立谱系？还是同一群小胶质细胞根据大脑微环境信号，进行的可塑性转变？

近日，来自圣路易斯大学医学院的Qingyun Li团队在Immunity杂志上发表了一篇题为State-specific enhancer landscapes govern microglial plasticity的文章，他们通过细胞命运图谱技术，揭示了增殖区相关小胶质细胞（PAM）的胚胎起源，并追踪了它们在疾病和衰老背景下分别向疾病相关小胶质细胞和白质相关小胶质细胞动态转化的过程。此外，他们还借助小胶质细胞的转录组与表观基因组可塑性，建立了不同时空下离散小胶质细胞状态间的关联，同时揭示了调控生理及病理状态下细胞状态转换的、具有状态特异性的增强子组蛋白修饰模式与转录调节因子。

为了追溯PAM 的“前世今生”， 该 团队动用了多种遗传命运映射模型 ， 使用在胚胎期特异性标记小胶质细胞祖细胞的Runx1-CreERT2工具鼠， 鉴定出 PAM并非来源于出生后浸润的外周免疫细胞，而是与所有小胶质细胞一样，拥有共同的卵黄囊起源。 然而， PAM在出生后两周左右似乎消失了，它们是死亡了，还是改变了状态？ 该团队 利用能特异性标记Clec7a+细胞（即PAM）的Clec7a-CreERT2工具鼠对标记细胞进行了长期追踪 ， 追踪结果结合单细胞转录组分析结果一致表明，这些细胞 从活跃的“阿米巴样”转变为典型的静息态“分支状” （ exPAM ） ， 基因表达谱也与 普通静息态小胶质细胞高度相似。 有趣的是，接受 脱髓鞘药物的成年小鼠 大脑白质区的exPAM会迅速响应变身为DAM， 在24月龄的老年小鼠大脑白质中，一部分exPAM也重新激活，表现出类似WAM的特征 ， 强调了PAM的可塑性。

细胞身份的转变，本质上是基因表达程序的改写 ， 受基因组上非编码的调控元件控制，其中增强子尤为重要，决定基因在何时何地、以多强的水平表达。为了揭示小胶质细胞变身的调控代码， 该 团队采用了高灵敏度的CUT&Tag技术 ， 分别分析了P7的PAM与静息态细胞、以及阿尔茨海默病模型中DAM与非DAM细胞的增强子活动。 他们发现 PAM和DAM都拥有大量状态特异性的活跃增强子 ， 组 蛋白修饰（如H3K27ac）的动态变化是状态转换的核心 。 当PAM转变为exPAM时，其特有的增强子活性显著下降；反之，一些静息态相关的增强子活性则上升。在疾病模型中，当exPAM重新变为DAM时，这套增强子开关又被重新打开。

增强子本身是DNA序列，需要特定的转录因子（TF）来识别和结合才能发挥调控作用。 该 团队通过生物信息学分析，从PAM和DAM特异性的增强子序列中，预测可能结合并调控它们的TF。 除了 已知与小胶质细胞功能相关的TF， 他们 还发现了一批新的潜在调控因子 ， 其中，Atf4（激活转录因子4）和 Cebpb（CCAAT/增强子结合蛋白β）尤为突出 ， 且 两者均是阿尔茨海默病遗传风险因子。为了验证这些预测， 他们 在体外培养的原代小胶质细胞中，利用CRISPR技术敲低了Atf4或Cebpb ， 结果 显示 Atf4敲低导致多个DAM/PAM特征基因（如Ccl6， Lpl）表达下调，同时小胶质细胞吞噬髓鞘碎片的能力下降 ； 而 Cebpb敲低则导致另一组特征基因（如Clec7a , Spp1）下调，但吞噬能力却增强了。这表明，Atf4和Cebpb可能通过不同的下游通路，精细调控着小胶质细胞的活化状态和吞噬功能。

综上，这项工作 首次将发育（PAM）、疾病（DAM）和衰老（WAM）中看似孤立的小胶质细胞状态，串联成一个连续的、可 塑性转换的谱系 ， 阐明了组蛋白修饰动态重塑增强子景观是驱动状态转换的核心分子机制 ， 为干预小胶质细胞功能提供了新的靶点——即靶向调控这些表观遗传开关。 此外，他们还 挖掘出Atf4、Cebpb等一批新的关键转录因子，并验证了它们在调节小胶质细胞特征基因和吞噬功能中的作用，为后续的药物开发和基因治疗指明了方向。

https://doi.org/10.1016/j.immuni.2025.11.023

制版人： 十一

参考文献

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