小膠質細胞是位于腦實質中的免疫細胞，在發育早期中調節神經回路和連接以及大腦穩態方面發揮著重要作用。小膠質細胞通過吞噬多余的突觸，參與神經發育過程。小膠質細胞的吞噬功能異常可能導致突觸修剪過度或不足，從而影響神經系統發育，導致相關精神疾病（自閉癥和精神分裂癥等）。美國哈佛大學醫學院的研究團隊在Immunity（IF 38.50）上發表題為“Disruption of the IL-33-ST2-AKT signaling axis impairs neurodevelopment by inhibiting microglial metabolic adaptation and 
phagocytic function”的研究成果，在這項研究中，研究人員利用10X genomics單細胞轉錄組測序結合Smart-seq2單細胞轉錄組測序發現小膠質細胞線粒體的活性與吞噬功能相關，并且表現出異質性，其中IL-33-ST2信號軸與線粒體的代謝作用相關。IL-33-ST2信號軸的受損影響了神經發育，增加了癲癇發作的可能性。

研究材料

從幼鼠的大腦皮質中分離出的小膠質細胞；BV2細胞株
 
技術路線

步驟1：通過流式分選技術、細胞學實驗結合Smart-seq2測序發現了小膠質細胞的吞噬功能與線粒體的活性相關；
步驟2：通過10Xgenomics單細胞測序發現小膠質細胞的吞噬功能受IL-33-ST2信號軸驅動，且IL-33-ST2通路被阻斷會導致突觸異常和行為缺陷；
步驟3：實驗發現IL-33-ST2信號軸在小鼠體內依賴AKT元件調控小膠質細胞的能量代謝；
步驟4：通過擬時序分析發現在大腦的發育過程中，小膠質細胞內AKT元件的激活受時間影響。
 
研究結果

1. 小膠質細胞線粒體活性與其在大腦中的吞噬功能相關

為了探索小膠質細胞的功能狀態是否反映在它們的細胞代謝中，作者設計比較了出生后第9天的小鼠大腦中具有不同線粒體活性程度的小膠質細胞，發現線粒體活性高的小膠質細胞高表達CD63以及hallmark基因。同時通過對第9天的小膠質細胞研究發現，發現吞噬能力強的小膠質細胞同樣具有高表達CD63以及hallmark基因的特征。顯示了小膠質細胞線粒體活性在功能上與小膠質細胞吞噬活性的相關性。

2. IIL-33-ST2信號通路驅動小膠質細胞的吞噬能力
 

為了探索小膠質細胞內參與代謝功能相關的分子調控機制，作者設計比較了出生后第9天和第28天小鼠的MG^act小膠質細胞群，發現具有高表達hallmark基因的細胞群。分析該細胞群發現其特異性高表達IL-33。通過進一步的分析并結合實驗驗證，發現IL-33具有促進小膠質細胞吞噬功能的作用，IL-33及其受體ST2的信號受阻會影響小膠質細胞對大腦神經突觸的吞噬作用。

3.IL-33-ST2在體內依賴AKT元件實現對小膠質細胞的能量代謝途徑的調控作用

接下來，作者試圖解析IL-33調控小膠質細胞代謝和吞噬活性的潛在機制。通過差異基因分析，發現IL-33誘導體外培養的原代小膠質細胞中參與糖代謝和氧化磷酸化的酶基因上調，提示外源IL-33可促進小膠質細胞的糖代謝途徑。作者通過實驗對眾多糖代謝途徑中關鍵的作用元件進行驗證，發現IL-33可誘導BV2細胞中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，從而對小膠質細胞的能量代謝和吞噬作用的調控。

4. 在大腦的發育過程中，小膠質細胞內AKT元件的激活受時間影響

鑒于小膠質細胞在出生后的發育過程中經歷了各種功能上的變化，作者通過擬時序分析方法對不同發育階段的小膠質細胞進行分析，識別隨著小膠質細胞在不同發育階段中依次激活或抑制的基因信息，從而推斷出小膠質細胞的發展軌跡。然而作者發現在出生后的第28天小鼠的小膠質細胞內IL-33依舊呈現高表達現象，顯示了關于小膠質細胞的能量代謝存在其他調控途徑。通過對擬時序分析結果進一步的分析，發現了在第28天的細胞中代謝拮抗相關基因高表達，其中包括Pten和Inpp5d，表明AKT活性在神經發育過程中也受到時間調控。

 小編小結
 
作者通過10Xgenomics單細胞轉錄組結合Smart-seq2轉錄組數據，分析了小鼠在發育過程中IL-33-ST2-AKT信號軸在大腦神經發育過程中的重要作用。這種能量代謝的調控機制的穩態，影響了小膠質細胞的吞噬功能和神經發育，為后續研究神經發育和精神類疾病提供了新的思路和理論基礎。
 
 
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