《SCIENCE ADVANCES》：Chemogenetic activation of microglial Gi signaling decreases microglial surveillance and impairs neuronal synchronization
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为探究小胶质细胞 Gi 信号对神经元功能影响，研究人员经实验发现其能调节神经元活动，为神经调节提供新靶点。
在神秘的大脑世界里，小胶质细胞就像一群勤劳的 “守护者”，时刻伸展着动态的 “触手”—— 细胞突起，在大脑中不停地巡逻，与神经元进行着密切的交流，共同维持着大脑内环境的稳定。小胶质细胞上的 Gi 蛋白偶联受体（Gi-GPCRs）在这种交流中起着关键作用。例如，P2Y12 受体作为一种重要的 Gi-GPCRs，其基因敲除会导致小鼠出现焦虑、麻醉紊乱和癫痫发作加重等情况。此前，人们已经知道抑制小胶质细胞的 Gi 信号会减少其巡逻范围、增加神经元活动，但对于特异性激活小胶质细胞 Gi 信号对神经回路功能的影响却知之甚少。为了揭开这个谜团，来自 Mayo Clinic 的研究人员开展了一项深入的研究，相关成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上。
研究人员为了开展研究，用到了几个关键技术方法。在动物实验方面，选用了特定的小鼠品系，如 Tmem119CreER/CreER、R26hM4Di/hM4Di和 Cx3cr1GFP/GFP小鼠，并通过给予他莫昔芬诱导 Cre-Lox 重组。在手术操作上，进行了颅骨窗手术和病毒注射，为后续观察和检测做准备。同时，运用双光子成像技术，对小胶质细胞的动态变化、与神经元的相互作用以及神经元的活动进行实时观察。还采用了免疫荧光染色技术，来检测相关蛋白的表达和细胞间的相互作用情况。
下面来看看具体的研究结果。在 “化学遗传学激活小胶质细胞 Gi 信号通路减少小胶质细胞突起的监测” 方面，研究人员通过诱导 hM4Di（Gi-DREADD）在小胶质细胞中的表达，然后给予 DREADD 激动剂地氯氮平（DCZ）激活小胶质细胞的 Gi-DREADD。利用体内双光子显微镜观察发现，DCZ 能使小胶质细胞突起迅速回缩，且这种回缩在 24 小时后逐渐恢复到基线水平。同时，DCZ 注射后 30 - 60 分钟，小胶质细胞对皮质实质的监测面积减少。在不同脑区进行评估，发现激活小胶质细胞 Gi 信号通路会使小胶质细胞在皮层、胼胝体和海马体等区域的突起长度缩短、复杂性降低。
在 “激活小胶质细胞 Gi 信号通路减少小胶质细胞与神经元胞体的相互作用” 的研究中，研究人员通过注射 AAV2/5 - CaMKIIa - tdTomato 标记兴奋性神经元，观察小胶质细胞与神经元胞体的相互作用。结果发现，DCZ 注射后，Tmem119CreER/+:R26hM4Di/+:Cx3cr1GFP/+小鼠小胶质细胞与神经元胞体的接触频率在 30 - 60 分钟内显著降低，但接触持续时间与基线相似。进一步免疫染色研究发现，激活小胶质细胞 Gi 信号通路后，小胶质细胞与神经元胞体的总相互作用以及嘌呤能连接的形成均减少，且小胶质细胞突起回缩选择性地减少了与神经元胞体的接近程度，与星形胶质细胞胞体的相互作用无明显变化。
关于 “激活小胶质细胞 Gi 信号通路降低神经元活动和同步性”，研究人员利用体内双光子钙成像（AAV9 - CaMKIIa - GCaMP6s）评估神经元活动。结果显示，在 Tmem119CreER/+:R26hM4Di/+小鼠中，DCZ 注射 30 分钟后，神经元的活动时间、信号面积和钙瞬变事件均减少，神经元网络的同步性也降低，这些变化在 24 小时后恢复到基线水平。进一步实验验证了小胶质细胞与神经元胞体接触减少与神经元活动降低之间的相关性，并且通过小胶质细胞消融实验证实了观察到的神经元活动和同步性降低确实是由小胶质细胞 Gi 信号通路激活引起的。
研究结论和讨论部分意义重大。研究表明，激活小胶质细胞 Gi 信号通路会导致小胶质细胞监测减少、神经元活动降低和局部神经元同步性受损，这些神经元功能的改变与小胶质细胞突起与神经元胞体相互作用的减少有关。小胶质细胞 Gi 信号通路对小胶质细胞动态变化可能具有 “U 形” 调节功能，其激活可能通过增加细胞内钙浓度，引起细胞骨架重组，进而影响小胶质细胞的形态和监测功能。此外，小胶质细胞与神经元的物理相互作用在调节神经元功能方面起着重要作用，在非病理状态下，这种相互作用可能增强神经元活动。而且，小胶质细胞 Gi 信号通路可作为神经调节的潜在靶点，在生理和病理条件下对调节神经元活动具有重要意义，为未来治疗神经系统疾病提供了新的方向和潜在的药物靶点。不过，目前仍有一些问题有待进一步研究，例如抑制小胶质细胞 Gi 信号通路对细胞内钙的具体影响，以及小胶质细胞 Gi 信号通路调节神经元功能的详细机制等。
