
建立同时包含髓鞘与小胶质细胞的人源模型
墨尔本大学(University of Melbourne)等机构在 Nature Neuroscience 报道人源神经球状体,研究中枢神经系统髓鞘损伤与修复。团队希望在同一培养体系内观察少突胶质细胞、小胶质细胞和轴突的反应,再评价促进髓鞘修复的药物。
模型由诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)形成脊髓型球状体,包含可产生髓鞘的少突胶质细胞和神经元。宿主球状体主要使用 18a 细胞系,另有 C005;加入的巨噬细胞样前体主要来自 PB001-tdTomato,另有 18a。这些前体在球状体内逐步呈现小胶质细胞特征。
细胞染色、活体成像与电镜共同用于表征模型。加入免疫细胞后,球状体仍保留围绕轴突的髓鞘网络,小胶质细胞也表现出运动及刺激反应。
髓鞘碎裂后,小胶质细胞参与清除碎片
团队以溶血磷脂酰胆碱(lysophosphatidylcholine,LPC)造成短期髓鞘损伤,移除处理物后继续观察。与溶剂对照相比,髓鞘片段变短,较长髓鞘与轴突共定位的密度降低,电镜也显示髓鞘结构破坏。
移除 LPC 后 24 小时和 7 天,小胶质细胞的 HLA-DR 染色增加;到第 7–14 天,更多髓鞘相关信号与小胶质细胞共定位。关联光镜与电镜观察还发现细胞内含有与髓鞘碎片相符的膜结构。
研究另用单细胞转录组分析损伤后 24 小时的球状体,并与已发表的多发性硬化病灶数据比较。少突胶质细胞的应激、前体细胞的增殖,以及小胶质细胞的脂质代谢与免疫相关变化,与人组织数据有部分重叠。
跟踪新生少突胶质细胞,确认新髓鞘形成
为区分新产生的细胞与原有细胞,团队在损伤后加入标记 DNA 合成的 EdU,并在 4、8 和 12 周检查少突胶质细胞和髓鞘。损伤组中新产生的少突胶质细胞比例增加;到第 8 和 12 周,新生细胞中形成髓鞘的比例也高于对照。
团队还观察髓鞘与细胞突起、轴突及旁结结构的关系,并使用聚焦离子束扫描电镜检查紧密膜层。第 8 周的修复髓鞘较对照薄,符合该模型中重新形成髓鞘的结构特征。
EdU 标记用于识别新生细胞,模型中也存在没有 EdU 信号的髓鞘形成细胞。作者认为,这些无标记细胞形成的髓鞘可能来自损伤后存活的原有少突胶质细胞。
氯马斯汀提高新生细胞形成髓鞘的比例
药物试验在髓鞘损伤后进行。团队比较基础培养液、补充生长因子的修复条件,以及基础培养液中加入 1 μM 富马酸氯马斯汀(clemastine fumarate)的条件,持续观察 8 周。
与基础培养条件相比,氯马斯汀提高了新生少突胶质细胞中开始形成髓鞘的比例。这个指标的分母为相应的新生少突胶质细胞,研究同时设置未受损球状体作对照,并未在这些对照中观察到相同改变。
药物比较采用 2 次独立分化,每个条件包含 4–7 个球状体。作者将其作为模型可检测促髓鞘修复药物反应的实测例子,后续可用于评价经过初步筛选的候选药物。
培养时间和批次差异影响药物测试的规模
这套体系需要长期培养。作者指出,模型现阶段更适合对少量候选药物进行深入评价;如果用于大规模筛查,仍需缩短培养或提高一致性。
不同细胞系、分化批次与球状体的髓鞘形成程度有差异。在 18a 细胞系的 29 次独立分化中,约 69% 可见髓鞘,形成程度从中等到较广泛不等;研究中的约 50% 分化批次成功出现再髓鞘化。
单细胞测序每组汇集同一次分化的 16 个球状体,缺少独立分化重复。因此,相关基因差异反映的是这批细胞的反应,条件间差异仍需更多批次检验。模型也仍有发育成熟度的限制,后续需要结合成人病理背景、提高基础髓鞘形成质量,并扩大药物比较。