斑马鱼视顶盖发育中放射状星形胶质细胞与小胶质细胞协同清除神经元胞体的新机制

《Cell Reports》：Radial astroglia cooperate with microglia to clear neuronal cell bodies during zebrafish optic tectum development

本研究针对中枢神经系统发育过程中大量凋亡神经元的高效清除问题，揭示了斑马鱼视顶盖内放射状星形胶质细胞通过形成特殊的“Scyllate heads”结构包裹凋亡神经元，并与小胶质细胞协同完成清除的跨细胞机制。该发现突破了传统认知中仅小胶质细胞主导efferocytosis的局限，为神经发育与胶质细胞功能研究提供了新范式。

　　

在神经发育过程中，大量神经元会通过程序性细胞死亡（PCD）被清除，以优化神经网络。这一过程依赖吞噬细胞对凋亡细胞的识别、吞噬和降解，即efferocytosis。小胶质细胞作为中枢神经系统（CNS）中的专业吞噬细胞，长期以来被认为是执行这一任务的主力。然而，在发育关键期，当凋亡细胞数量远超小胶质细胞数量时，其他细胞类型是否参与协同清除？这一问题尚未得到充分解答。斑马鱼视顶盖（OT）作为研究视觉通路发育的经典模型，在60-72小时受精后（hpf）经历一波显著的神经元凋亡高峰，而此时小胶质细胞尚未完全浸润OT，为探索非专业吞噬细胞的作用提供了独特窗口。

为揭示这一过程中的细胞协作机制，研究人员通过活体实时成像技术，首次发现OT中的放射状星形胶质细胞在发育关键期形成动态的球状膜结构——Scyllate heads。这些结构迅速包裹暴露磷脂酰丝氨酸（PS）的凋亡神经元，但其酸性化（LysoTracker标记）和内容物内化比例极低，提示其并非典型的吞噬溶酶体。进一步观察发现，小胶质细胞会侵入Scyllate heads并提取其中的神经元残骸进行终末降解。通过微胶质细胞缺失模型（csf1ra突变体及NTR-RDZ消融系统），研究证实缺失小胶质细胞会导致Scyllate heads滞留时间显著延长，凸显二者在发育性细胞清除中的必要性协作。

关键技术方法

研究利用转基因斑马鱼体系（如Tg(slc1a3b:myrGFP-P2A-H2AmCherry)标记星形胶质细胞膜与核，Tg(mfap4:mTurquoise)标记小胶质细胞），结合活体长时间序列共聚焦成像，动态追踪Scyllate heads的形成、内容物转运及与小胶质细胞的互作。通过凋亡标记（secA5-YFP标记PS暴露）、酸性囊泡标记（LysoTracker）及早期内体标记（mCherry-2xFYVE）分析Scyllate heads的降解特性。利用lakritz突变体排除视网膜神经节细胞轴突投射对Scyllate heads形成的影响，并通过飞秒激光诱导腔化损伤验证其诱导形成能力。

研究结果

1. OT星形胶质细胞在关键发育期形成Scyllate heads

活体成像显示，在54-86 hpf期间，OT放射状星形胶质细胞基底突起形成直径约5.73 μm的球状Scyllate heads，峰值出现于68 hpf，平均持续约173分钟。这些结构动态多变，可通过“爆破”或收缩方式消散，且形成不依赖视网膜轴突输入（lak突变体验证）。

2. Scyllate heads包裹凋亡神经元

87%的Scyllate heads内含GCaMP6s标记的神经元核，75.7%的PS暴露（secA5-YFP+）神经元在凋亡后10分钟内被Scyllate heads包裹。部分神经元在包裹后出现核固缩（pyknosis）或Acridine Orange阳性染色，证实其为凋亡细胞。

3. Scyllate heads缺乏典型吞噬溶酶体特征

仅4.8%的Scyllate heads内容物被运至星形胶质细胞胞体内化，仅16.4%和17.7%的Scyllate heads分别呈现PI(3)P（mCherry-2xFYVE标记）和酸性化（LysoTracker标记）。酸性化Scyllate heads持续时间更长（279分钟 vs 134分钟），且较少被小胶质细胞接触。

4. 小胶质细胞侵入Scyllate heads提取内容物

实时成像捕捉到小胶质细胞突触侵入Scyllate heads，形成独立吞噬区室并携带神经元残骸撤离，引发Scyllate heads消散。平均每鱼在2小时内发生3.6次转移事件。

5. 小胶质细胞缺失导致Scyllate heads滞留

在csf1ra^-/-突变体中，Scyllate heads数量在76 hpf后显著高于对照组，且持续时间延长（RDZ处理后286分钟 vs 135分钟），但酸性化比例未显著升高，表明星形胶质细胞降解能力有限。

结论与意义

本研究首次揭示了放射状星形胶质细胞通过形成Scyllate heads作为凋亡神经元的“中间容器”，与小胶质细胞协同完成efferocytosis的跨细胞机制。这一发现拓展了对非专业吞噬细胞在生理性发育过程中作用的认知，提出了“星形胶质细胞为先行响应者，小胶质细胞为终末降解者”的新型协作模型。该机制可能普遍存在于其他CNS区域及生理病理场景中，为神经发育疾病及损伤修复研究提供了新思路。研究发表于《Cell Reports》，为胶质细胞功能研究树立了里程碑。