人少突胶质前体细胞通过TAM受体激活介导突触消除的机制研究

《Nature Communications》：Human oligodendrocyte progenitor cells mediate synapse elimination through TAM receptor activation

本研究针对人类大脑发育中突触修剪的细胞机制这一关键问题，通过构建人多谱系前脑类器官模型，首次揭示了少突胶质前体细胞(OPC)通过GAS6-AXL信号轴介导突触清除的新机制。研究人员发现神经元和小胶质细胞分泌的GAS6可激活OPC表面的AXL受体，进而驱动突触材料的吞噬。该研究不仅证实了OPC在人类大脑发育过程中具有与小胶质细胞相当的突触清除能力，更为神经发育障碍和神经退行性疾病的机制研究提供了新视角。

　　

在大脑发育的精密调控过程中，突触修剪如同一位技艺精湛的雕塑家，精心雕琢着神经环路的连接。传统观点认为，小胶质细胞是执行这一过程的主要"工匠"，然而近年动物研究提示，少突胶质前体细胞(oligodendrocyte progenitor cells, OPC)可能也参与了这一重要过程。这些细胞不仅能够分化为产生髓鞘的少突胶质细胞，还在神经环路塑造中扮演着未知角色。尽管如此，人类OPC介导突触清除的分子机制及其在发育中的重要性仍是一个未解之谜。

为了解决这一科学问题，来自卡罗林斯卡学院的研究团队在《Nature Communications》上发表了创新性研究成果。他们成功构建了包含少突胶质细胞谱系和小胶质细胞的多谱系人前脑类器官模型，为研究不同细胞类型在突触修剪中的相互作用提供了理想平台。

研究团队首先建立了包含OL谱系细胞和小胶质细胞的多谱系人前脑类器官体系。通过单核RNA测序(snRNA-seq)和细胞间通讯分析，他们发现GAS6-TAM受体轴是神经元、小胶质细胞与OPC之间的关键信号通路。具体而言，神经元和小胶质细胞表达GAS6配体，而部分OPC表达AXL受体。进一步的功能实验表明，抑制TAM受体特别是AXL，能够显著降低OPC对突触材料的摄取。这些发现揭示了GAS6-AXL信号在驱动人类大脑早期发育过程中AXL+ OPCs介导的突触内化中的重要作用。

关键技术方法

研究采用人多能干细胞(iPSC)技术构建前脑类器官模型，整合单核RNA测序进行细胞图谱解析，通过CellChat算法推断细胞间通讯网络，结合活细胞成像分析突触吞噬功能，并利用药理学抑制(UNC2025)和RNA干扰(siRNA)技术验证AXL功能。样本来源于5名健康成体捐赠者皮肤活检衍生的iPSC系。

多谱系人前脑类器官包含OL谱系细胞和小胶质细胞

研究人员通过共培养神经前体细胞(NPC)和原始卵黄囊巨噬细胞前体(PMP)，成功构建了包含成熟神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞谱系和小胶质细胞的多谱系前脑类器官。单核转录组分析揭示了包括神经元、小胶质细胞和不同成熟状态的OL谱系细胞在内的细胞多样性。该类器官模型在转录组水平与人类胎儿端脑具有高度相似性，且OL谱系细胞包含增殖性OPC、前体OPC和相对成熟的OL。

OPC中突触结构的自发摄取

高分辨率共聚焦成像显示，OPC和小胶质细胞均与神经元突触形成密切接触，并自发内化突触材料。三维体积定量分析表明，OPC和小胶质细胞对GEPH+突触后终末的内化程度相当，提示OPC在人类大脑发育过程中具有与小胶质细胞相似的突触清除能力。

来自神经元和小胶质细胞的GAS6与OPC中的TAM-RTK通讯

细胞间通讯分析显示，GAS6-TAM受体酪氨酸激酶(TAM receptor tyrosine kinases, TAM-RTK)信号是OPC与神经元、小胶质细胞之间的主要通讯通路。神经元和小胶质细胞表达GAS6配体，而OPC表达AXL和MERTK受体，形成了完整的信号传导轴。

GAS6激活TAM-RTK与OPC中突触材料摄取相关

免疫荧光分析证实，16%的OPC表达AXL蛋白，且AXL+ OPC表面存在GAS6配体沉积。重要的是，AXL和GAS6蛋白水平与每个OPC内化的突触点数量呈正相关，提示TAM-RTK激活与突触摄取功能密切相关。

AXL抑制损害OPC中突触材料的摄取

在OPC单培养体系中，使用TAM受体抑制剂UNC2025进行剂量依赖性处理，发现150nM和200nM浓度可显著降低突触体摄取。特异性敲低AXL表达也导致突触材料摄取减少30%，直接证明了AXL激活在促进表达AXL的人OPC亚群摄取突触材料中的作用。

在神经元-OPC共培养体系和缺乏小胶质细胞的前脑类器官中，UNC2025处理同样减少了AXL+ OPC对突触材料的内化，进一步支持了AXL信号在促进AXL+ OPC突触吞噬中的作用。

研究结论与意义

本研究通过创新的多谱系类器官模型，揭示了人类OPC在发育过程中通过GAS6-AXL信号轴介导突触清除的新机制。这一发现不仅拓展了我们对大脑发育中突触修剪细胞机制的认识，更重要的是为理解神经发育障碍和神经退行性疾病的病理机制提供了新视角。AXL在阿尔茨海默病、创伤性脑损伤和衰老等伴随突触损失的病理条件下表达上调，提示OPC介导的突触清除可能在这些疾病过程中发挥重要作用。该研究为未来针对特定神经精神疾病的靶向治疗策略开发奠定了理论基础。