小膠質(zhì)細(xì)胞是位于腦實(shí)質(zhì)中的免疫細(xì)胞，在發(fā)育早期中調(diào)節(jié)神經(jīng)回路和連接以及大腦穩(wěn)態(tài)方面發(fā)揮著重要作用。小膠質(zhì)細(xì)胞通過吞噬多余的突觸，參與神經(jīng)發(fā)育過程。小膠質(zhì)細(xì)胞的吞噬功能異常可能導(dǎo)致突觸修剪過度或不足，從而影響神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育，導(dǎo)致相關(guān)精神疾病（自閉癥和精神分裂癥等）。美國哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)在Immunity（IF 38.50）上發(fā)表題為“Disruption of the IL-33-ST2-AKT signaling axis impairs neurodevelopment by inhibiting microglial metabolic adaptation and 
phagocytic function”的研究成果，在這項(xiàng)研究中，研究人員利用10X genomics單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序結(jié)合Smart-seq2單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細(xì)胞線粒體的活性與吞噬功能相關(guān)，并且表現(xiàn)出異質(zhì)性，其中IL-33-ST2信號軸與線粒體的代謝作用相關(guān)。IL-33-ST2信號軸的受損影響了神經(jīng)發(fā)育，增加了癲癇發(fā)作的可能性。

研究材料

從幼鼠的大腦皮質(zhì)中分離出的小膠質(zhì)細(xì)胞；BV2細(xì)胞株
 
技術(shù)路線

步驟1：通過流式分選技術(shù)、細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)合Smart-seq2測序發(fā)現(xiàn)了小膠質(zhì)細(xì)胞的吞噬功能與線粒體的活性相關(guān)；
步驟2：通過10Xgenomics單細(xì)胞測序發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細(xì)胞的吞噬功能受IL-33-ST2信號軸驅(qū)動(dòng)，且IL-33-ST2通路被阻斷會(huì)導(dǎo)致突觸異常和行為缺陷；
步驟3：實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)IL-33-ST2信號軸在小鼠體內(nèi)依賴AKT元件調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞的能量代謝；
步驟4：通過擬時(shí)序分析發(fā)現(xiàn)在大腦的發(fā)育過程中，小膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)AKT元件的激活受時(shí)間影響。
 
研究結(jié)果

1. 小膠質(zhì)細(xì)胞線粒體活性與其在大腦中的吞噬功能相關(guān)

為了探索小膠質(zhì)細(xì)胞的功能狀態(tài)是否反映在它們的細(xì)胞代謝中，作者設(shè)計(jì)比較了出生后第9天的小鼠大腦中具有不同線粒體活性程度的小膠質(zhì)細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)線粒體活性高的小膠質(zhì)細(xì)胞高表達(dá)CD63以及hallmark基因。同時(shí)通過對第9天的小膠質(zhì)細(xì)胞研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)吞噬能力強(qiáng)的小膠質(zhì)細(xì)胞同樣具有高表達(dá)CD63以及hallmark基因的特征。顯示了小膠質(zhì)細(xì)胞線粒體活性在功能上與小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬活性的相關(guān)性。

2. IIL-33-ST2信號通路驅(qū)動(dòng)小膠質(zhì)細(xì)胞的吞噬能力
 

為了探索小膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)參與代謝功能相關(guān)的分子調(diào)控機(jī)制，作者設(shè)計(jì)比較了出生后第9天和第28天小鼠的MG^act小膠質(zhì)細(xì)胞群，發(fā)現(xiàn)具有高表達(dá)hallmark基因的細(xì)胞群。分析該細(xì)胞群發(fā)現(xiàn)其特異性高表達(dá)IL-33。通過進(jìn)一步的分析并結(jié)合實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)IL-33具有促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬功能的作用，IL-33及其受體ST2的信號受阻會(huì)影響小膠質(zhì)細(xì)胞對大腦神經(jīng)突觸的吞噬作用。

3.IL-33-ST2在體內(nèi)依賴AKT元件實(shí)現(xiàn)對小膠質(zhì)細(xì)胞的能量代謝途徑的調(diào)控作用

接下來，作者試圖解析IL-33調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞代謝和吞噬活性的潛在機(jī)制。通過差異基因分析，發(fā)現(xiàn)IL-33誘導(dǎo)體外培養(yǎng)的原代小膠質(zhì)細(xì)胞中參與糖代謝和氧化磷酸化的酶基因上調(diào)，提示外源IL-33可促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞的糖代謝途徑。作者通過實(shí)驗(yàn)對眾多糖代謝途徑中關(guān)鍵的作用元件進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)IL-33可誘導(dǎo)BV2細(xì)胞中AKT、NDRG1和mTOR的快速磷酸化。顯示了IL-33-ST2信號通路依賴AKT的激活，從而對小膠質(zhì)細(xì)胞的能量代謝和吞噬作用的調(diào)控。

4. 在大腦的發(fā)育過程中，小膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)AKT元件的激活受時(shí)間影響

鑒于小膠質(zhì)細(xì)胞在出生后的發(fā)育過程中經(jīng)歷了各種功能上的變化，作者通過擬時(shí)序分析方法對不同發(fā)育階段的小膠質(zhì)細(xì)胞進(jìn)行分析，識別隨著小膠質(zhì)細(xì)胞在不同發(fā)育階段中依次激活或抑制的基因信息，從而推斷出小膠質(zhì)細(xì)胞的發(fā)展軌跡。然而作者發(fā)現(xiàn)在出生后的第28天小鼠的小膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)IL-33依舊呈現(xiàn)高表達(dá)現(xiàn)象，顯示了關(guān)于小膠質(zhì)細(xì)胞的能量代謝存在其他調(diào)控途徑。通過對擬時(shí)序分析結(jié)果進(jìn)一步的分析，發(fā)現(xiàn)了在第28天的細(xì)胞中代謝拮抗相關(guān)基因高表達(dá)，其中包括Pten和Inpp5d，表明AKT活性在神經(jīng)發(fā)育過程中也受到時(shí)間調(diào)控。

 小編小結(jié)
 
作者通過10Xgenomics單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組結(jié)合Smart-seq2轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，分析了小鼠在發(fā)育過程中IL-33-ST2-AKT信號軸在大腦神經(jīng)發(fā)育過程中的重要作用。這種能量代謝的調(diào)控機(jī)制的穩(wěn)態(tài)，影響了小膠質(zhì)細(xì)胞的吞噬功能和神經(jīng)發(fā)育，為后續(xù)研究神經(jīng)發(fā)育和精神類疾病提供了新的思路和理論基礎(chǔ)。
 
 
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