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在神经发育研究中，微胶质细胞（microglia）对突触细化和成熟的作用存争议。研究人员利用 Csf1AFIRE/AFIRE基因工程小鼠，探究其在无 microglia 时的神经发育过程。结果显示，多个脑区发育正常。该研究揭示大脑发育对 microglia 缺失的适应性，意义重大。
在大脑这个神秘的 “宇宙” 中，神经元就像闪烁的星辰，通过突触相互连接，构建起复杂的网络。而在大脑发育的奇妙旅程里，有一个角色的作用一直备受争议，那就是微胶质细胞（microglia）。长久以来，人们怀疑 microglia 在突触细化、成熟以及神经回路连接中扮演着关键角色。过往研究多是通过敲除某些在 microglia 中高表达的受体基因，或者使用药物杀死 microglia 来探究其功能，但这些方法都存在缺陷，无法精准确定 microglia 的真正作用。于是，为了揭开这个谜团，来自英国爱丁堡大学（University of Edinburgh）等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Nature Neuroscience》上，为我们理解大脑发育机制带来了新的曙光。
研究人员运用了多种关键技术方法。在动物模型构建方面，使用了基因编辑技术，培育出缺乏 microglia 的 Csf1AFIRE/AFIRE小鼠。在检测分析技术上，采用 RNA 测序（RNA - seq）、流式细胞术（flow cytometry）和免疫组织化学（IHC）来确认小鼠体内 microglia 的缺失情况；利用单细胞和单细胞核转录组分析技术，研究神经元和星形胶质细胞的基因表达变化；通过电生理记录技术，测量神经元的突触功能、内在生理特性等。
下面让我们深入了解一下研究结果：
- CA1 区的突触和神经元特性：研究人员通过 RNA - seq、flow cytometry 和 IHC 等方法确认 Csf1AFIRE/AFIRE小鼠体内无 microglia 后，对其海马体 CA1 区进行研究。利用显微镜观察和电生理记录技术发现，在发育阶段，CA1 区的树突棘密度、形态以及突触功能都未受影响。同时，突触的 N - 甲基 - D - 天冬氨酸受体（NMDAR）与 α - 氨基 - 3 - 羟基 - 5 - 甲基 - 4 - 异恶唑丙酸受体（AMPAR）比例正常发育，NMDAR 介导的兴奋性突触后电流（EPSC）动力学也正常。这表明 microglia 并非海马体 CA1 区突触和细胞发育所必需。
- 外侧膝状体核（LGN）的输入细化：此前研究认为，microglia 介导的突触清除机制与补体系统有关，且参与 LGN 中视网膜神经节细胞轴突的细化。研究人员通过对 Csf1AFIRE/AFIRE小鼠的研究发现，尽管这些小鼠大脑中 C1qa 等补体系统相关基因表达降低，但 LGN 中来自双眼的输入在发育过程中仍能正常分离。这说明在 LGN 的发育轴突终端细化过程中，microglia 并非必不可少。
- 躯体感觉皮层的发育：研究人员发现，Csf1AFIRE/AFIRE小鼠的躯体感觉皮层桶状区域解剖结构正常，兴奋性和抑制性突触发育未受显著影响。虽然在 P14 时，NMDAR 介导的突触反应衰减时间常数略低，但到 P42 时差异消失。这表明 microglia 的缺失不会严重影响桶状皮层的正常解剖和电生理发育。
- 神经元转录组分析：研究人员对 P14 的 Csf1AFIRE/AFIRE小鼠和对照小鼠的新皮质进行单细胞核 RNA 测序（snRNA - seq）。结果显示，兴奋性和抑制性神经元的转录谱未发生显著变化，这意味着在无 microglia 的情况下，神经元的转录调控基本正常。
- 星形胶质细胞的变化：研究人员研究了星形胶质细胞在无 microglia 情况下的变化。通过 3D 共聚焦成像和单细胞 RNA 测序（scRNA - seq）发现，虽然观察到星形胶质细胞有摄取突触物质的现象，但未发现其在无 microglia 时出现补偿性上调。而且，星形胶质细胞的转录组变化微妙，仅少数基因改变，未呈现全局反应性变化。
- 癫痫易感性和长程活动连贯性：研究人员对 Csf1AFIRE/AFIRE小鼠进行实验，发现其癫痫易感性和海马体 - 前额叶皮层连贯性与对照小鼠无差异。这表明在无 microglia 的情况下，大脑的这些功能仍能正常发育。
综合研究结果和讨论部分，研究人员得出结论：在缺乏 microglia 的发育小鼠中，多个脑区的突触密度、成熟和模式形成等过程表现出惊人的正常状态。这一发现与以往报道中 microglia 缺失导致大脑发育异常的结果看似矛盾，但可能是因为以往研究中基因敲除小鼠的 microglia 获得了异常特性，或者非 microglia 过程影响了实验结果。本研究揭示了大脑在发育过程中对 microglia 缺失具有显著的适应性，为神经发育领域提供了新的认知，也为后续研究大脑发育机制和相关疾病的治疗靶点提供了重要参考。未来，研究人员可进一步探究在其他发育阶段或不同生理病理条件下，大脑对 microglia 缺失的适应机制，以及星形胶质细胞等其他细胞在其中可能发挥的作用。
