
神经炎症研究的人源小胶质细胞材料
小胶质细胞参与脑内环境维持、细胞碎片清除和炎症反应。2018 年发表于 Nature Reviews Neuroscience 的文章指出,神经退行性疾病中的遗传研究使这些细胞受到更多关注:部分风险变异与小胶质细胞相关功能有关,研究疾病机制因此需要能够反映人类遗传背景的材料。
作者来自伦敦大学学院(University College London,UCL)。文章梳理当时诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSC)模型的进展,重点讨论怎样判断所得细胞的身份,以及体外环境如何影响其状态。
患者 iPSC 材料的供应与遗传背景
直接获得人脑小胶质细胞并不容易。尸检材料可能受到死亡后变化影响,手术材料往往来自具有特定疾病的患者,组织数量也难以支持长期、反复的比较。外周血单核细胞可形成具有部分相似功能的细胞,但其发育起源与脑内常驻小胶质细胞不同。
iPSC 则提供了可扩增的人源材料,也有机会保留患者的特定遗传背景。文章以 TREM2 风险变异为例:携带少见变异的患者数量有限,如果能够从其细胞建立持续可用的模型,便可围绕相应遗传因素开展比较。
小胶质细胞与单核细胞的发育起源
综述将细胞发育起源作为理解模型的重要线索。小胶质细胞与卵黄囊来源的早期髓系前体有关,而外周血单核细胞经过不同的造血发育过程。iPSC 来源细胞是否更接近前者,需要结合分化途径与细胞特征判断。
小胶质细胞与其他组织常驻巨噬细胞又共享部分分子和功能特征。文章比较相关模型时强调,需要结合吞噬作用、髓系标志及炎症反应等特征,分析细胞的共同性质与组织身份。
分子标志、形态与细胞功能的身份鉴定
P2RY12、TMEM119 等标志有助于鉴定细胞,但其表达也受状态影响。例如,小胶质细胞激活后,P2RY12 等稳态相关标志可下调,因此作者主张结合多种标志和功能进行判断。
文章建议结合转录特征、形态和功能,比较吞噬作用、分泌反应以及胞外信号引起的钙响应。分支状形态在激活后也会改变,作者因此提出,将细胞的空间分布和接触抑制行为纳入观察。
离开脑组织后,环境会改变细胞状态
作者特别讨论培养环境的作用。周围细胞和组织信号参与维持小胶质细胞的相关表达。离开原组织后,即使原代细胞仍然存活,也可能失去部分脑内特征。
参考材料的年龄和来源也会影响比较。胎儿、儿童与成人组织并不处于相同发育阶段,手术与尸检来源又具有各自条件。文章还指出,未充分定义的血清成分可影响细胞状态。分析不同研究中的表达差异时,需要先辨明材料与环境的差别。
不同年龄的参考细胞之间也存在明显差异。文章讨论的一项全转录组比较发现,iPSC 来源模型相对胎儿小胶质细胞有近 2,000 个高表达基因,相对成人细胞则有 1,000 余个。作者据此提出,研究老龄相关疾病需要更多成人、尤其高龄供者的参考细胞,而当时直接比较这些材料的研究仍少。
单培养、共培养与类器官环境的用途
单独培养的小胶质细胞有利于观察细胞自身的变化;加入神经元、星形胶质细胞或少突胶质细胞后,研究者可以进一步比较细胞之间的相互作用。文章也提到三维组织及类器官环境,使模型组成能够按研究需求增加。
综述引用的一项研究将人源小胶质细胞模型放入包含神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞的人脑类器官,所得细胞比单独培养时更接近小胶质细胞表型。共培养设计中的细胞类型、比例与发育阶段会影响结果,模型复杂度需与要研究的细胞相互作用对应。
作者还提醒,外周巨噬细胞可能通过身体其他部位的变化影响神经疾病,并与小胶质细胞携带相同的患者风险变异。分别研究两类细胞的反应,有助于判断潜在干预应作用于哪一种细胞及其所在环境。
作者展望,这类模型有望用于理解神经疾病机制,并为寻找治疗靶点和检验候选干预提供材料。其当时仍待完善的工作包括细胞鉴定标准、参考数据和模型间比较。