造血细胞EphA4缺失通过调节小胶质细胞异质性改善脑损伤后慢性空间记忆

《Scientific Reports》：Hematopoietic EphA4 deficiency alters microglial heterogeneity and improves chronic spatial memory after brain injury

语 创伤性脑损伤(TBI)可引发持续的神经炎症反应，涉及小胶质细胞与外周免疫细胞的复杂互作。本研究通过构建造血细胞特异性EphA4基因敲除嵌合小鼠模型，结合单细胞RNA测序(scRNA-seq)和三维形态分析，发现外周EphA4缺失可减少小胶质细胞凋亡与增殖，改变其形态并促进其与外周来源巨噬细胞(PDM)的空间靠近。行为学实验表明该干预可改善急慢性认知功能，转录组分析揭示海马区小胶质细胞亚群向免疫调节及血管支持表型转化。研究揭示了外周EphA4信号通过调控神经免疫微环境影响TBI长期预后的新机制。

　　

创伤性脑损伤（TBI）是外力导致的脑功能紊乱，常引起长期认知障碍。尽管急性期治疗取得进展，慢性神经炎症与认知衰退的机制仍不明确。小胶质细胞作为中枢神经系统固有免疫细胞，在TBI后发挥双刃剑作用：既可清除 debris 促进修复，过度激活却会释放炎性因子加剧损伤。近年来，受体酪氨酸激酶EphA4被发现在脑损伤中调控神经炎症，但其通过外周免疫细胞影响小胶质细胞动态及长期预后的机制尚待揭示。

为探索这一问题，弗吉尼亚理工学院Michelle H. Theus团队在《Scientific Reports》发表研究，利用骨髓嵌合体模型结合多组学技术，揭示造血细胞EphA4缺失通过重塑小胶质细胞异质性促进脑损伤后功能恢复的新机制。

研究采用造血细胞特异性EphA4敲除嵌合小鼠（AT-KO）与野生型嵌合小鼠（AT-WT），通过控制性皮质撞击（CCI）建立TBI模型，在1、3、60、90天等时间点分析细胞反应。关键技术包括：单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析90天海马组织转录组；免疫荧光与三维形态计量（IMARIS软件）量化小胶质细胞球形度与分支复杂度；TUNEL染色与pH3标记检测凋亡与增殖；新型物体识别与T迷宫评估认知功能；统计学采用ANOVA与t检验。

结果

1. 造血细胞EphA4缺失减少皮质损伤区小胶质细胞死亡与增殖

通过TUNEL染色发现，AT-KO小鼠在损伤后1天皮质区凋亡细胞总数显著低于AT-WT，且TUNEL⁺小胶质细胞在1天和3天均减少，提示EphA4缺失增强小胶质细胞存活。同时，AT-KO组3天时增殖小胶质细胞与PDM数量减少，伴随抗炎标志Arg1⁺细胞增加，表明EphA4缺失早期抑制免疫细胞过度扩增并促进抗炎微环境形成。

2. 皮质小胶质细胞形态与PDM互作在EphA4缺失后改变

三维形态分析显示，AT-KO小鼠损伤侧皮质小胶质细胞球形度指数在3天和60天均显著高于AT-WT，Sholl分析进一步证实其分支复杂性降低。

空间邻近性分析发现AT-KO组PDM与小胶质细胞表面间距缩短，且免疫荧光显示小胶质细胞表达ephrinA1与ephrinB2，提示EphA4-ephrin轴可能介导细胞间通讯。

3. 造血细胞EphA4缺失改善长期空间记忆并影响小胶质细胞转录组

T迷宫实验显示AT-KO小鼠在60天和90天自发交替率显著高于AT-WT，表明空间工作记忆改善。scRNA-seq鉴定出海马区两个小胶质细胞亚群：高表达Cx3cr1、P2ry12的稳态型微glia 1，及高表达Cldn5、Flt1的微glia 2。AT-KO组微glia 2中富集调控白细胞分化和内皮发育的基因通路，且亚群分析发现C2（促炎预备状态）与C4（血管相关微glia）比例升高。

转录因子分析提示Etv6、Sox2等驱动亚群分化，免疫荧光验证C4亚群与血管标志Claudin-5共定位，证实血管相关微glia的存在。

结论与意义

本研究揭示外周免疫细胞EphA4信号是TBI后神经免疫重塑的关键调节因子。其缺失通过减少小胶质细胞凋亡与增殖、促进其与PDM的空间靠近、诱导转录组向免疫调节与血管支持表型转化，最终改善慢性认知功能。机制上，EphA4可能通过抑制PDM的Akt/Tie2通路或与微glia表面ephrin配体互作，调控神经炎症级联反应。该研究不仅阐明外周免疫信号支配中枢免疫细胞命运的新范式，还为靶向EphA4改善TBI长期预后提供理论依据。