灵长类胚胎期母体免疫激活引发杏仁核细胞类型特异性转录组长期失调及其对神经发育障碍的意义

《Molecular Psychiatry》：Prenatal maternal immune activation triggers lasting cell-specific transcriptomic dysregulation in the amygdala of primate offspring

本刊推荐：为阐明母体免疫激活(MIA)如何导致后代神经发育障碍风险，研究人员利用非人灵imate(NHP)模型开展孕期免疫刺激对杏仁核转录组影响的研究。通过单核RNA测序(snRNA-seq)发现，MIA在4岁雄性后代杏仁核外侧核兴奋性神经元和中央核小胶质细胞中引发2768个差异表达基因(DEG)，这些基因富集于突触结构、神经传递和神经免疫信号通路，且与自闭症(ASD)/精神分裂症风险基因集显著重叠，为早期干预提供新靶点。

　　

在神经发育障碍发病率持续攀升的今天，科学家们将目光投向生命最初的阶段——胚胎期。已有充分证据表明，孕期母亲遭遇病毒感染引发的免疫激活，会显著增加后代罹患自闭症(ASD)和精神分裂症等神经精神疾病的风险。这一现象被科学界称为"母体免疫激活"(MIA)。然而，一个关键谜题尚未解开：这种短暂的孕期炎症反应，如何在大脑中留下永久性"烙印"，进而影响个体数十年的情绪和行为？

尽管小鼠模型为MIA研究提供了重要线索，但人类与小鼠在大脑结构、免疫系统和社交行为上存在显著差异。特别是掌管情绪记忆与社会行为的杏仁核，在灵长类动物中具有更复杂的细胞结构和更漫长的发育周期，这使得非人灵imate模型成为破解这一谜题的关键桥梁。

在这项发表于《Molecular Psychiatry》的研究中，加州大学戴维斯分校的研究团队利用恒河猴模型，揭示了孕期免疫激活对后代杏仁核转录组的长期影响。他们在孕晚期给予怀孕母猴病毒模拟物聚肌胞苷酸(Poly(I:C))，并在后代4岁龄(相当于人类亚成年期)时采集其杏仁核组织进行单核RNA测序分析，成功捕获超过71,000个细胞核的转录组信息。

关键技术方法概述

研究团队建立了非人灵imate MIA模型，孕晚期静脉注射0.25 mg/kg Poly(I:C)。从4岁龄雄性后代的杏仁核外侧核(LAT)和中央核(CE)穿刺取样，采用Parse Biosciences单核RNA测序技术，通过对58,084个细胞核进行聚类分析，鉴定出兴奋性神经元、抑制性神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞、小胶质细胞等主要细胞类型。使用MAST算法进行差异基因表达分析，通过Reactome数据库进行通路富集分析。

Single-cell RNA-seq of MIA-exposed NHP amygdala: clustering and cell-type assignment

研究人员通过图聚类分析将58,084个细胞核分为17个簇，模块度达到92.9%。神经元占细胞总数的47.4%，其中兴奋性神经元主要分布于外侧核(45.1%)，抑制性神经元在中央核比例较高(29.8%)。星形胶质细胞(21.1%)、少突胶质细胞(17.9%)、小胶质细胞(4.8%)等胶质细胞也呈现特定分布模式。细胞类型比例在MIA组和对照组间无显著差异。

Overall Differential Gene Expression(DGE) and ontological analyses

研究发现MIA暴露在后代杏仁核中引起2,768个独特基因的差异表达，其中外侧核2,360个，中央核862个。转录组紊乱主要集中于神经元，特别是外侧核兴奋性神经元负担最重。基因本体分析显示，差异基因显著富集于突触相关细胞组分，包括突触膜、神经元投射和离子通道复合物等。

Lateral nucleus

外侧核兴奋性神经元表现出最显著的转录组紊乱，簇A和簇C分别有1,773和500个差异表达基因。这些基因富集于特定的突触相互作用、轴突导向和神经递质相关过程。外侧核星形胶质细胞的109个差异基因与Netrin信号传导和神经元-胶质细胞通讯相关。

Central nucleus

中央核兴奋性神经元(237个DEG)和抑制性神经元(253个DEG)的差异基因同样富集于突触功能和神经传递通路。值得注意的是，中央核小胶质细胞出现404个差异表达转录本，涉及Rho GTPases和IL-6/MAPK信号通路等免疫相关过程。

MIA DEGs significantly overlap with neurodevelopmental disorder gene sets

差异表达基因与神经发育障碍基因集的重叠分析显示，多个细胞类型的MIA相关DEG与ASD和精神分裂症风险基因集显著重叠。星形胶质细胞、兴奋性神经元和小胶质细胞的DEG还与焦虑相关基因集重叠，而与非神经精神疾病基因集(如黑色素瘤、多指畸形)基本无重叠。

讨论与意义

这项研究首次在灵长类模型中揭示了孕期免疫挑战如何引发杏仁核细胞类型特异性的转录组长期改变。研究发现MIA主要影响外侧核兴奋性神经元和中央核小胶质细胞，这些变化集中在突触结构、神经传递和免疫信号等核心神经发育过程。

特别值得注意的是，MIA相关差异基因与ASD和精神分裂症高风险基因集显著重叠，直接建立了孕期免疫事件与神经发育障碍风险之间的分子联系。这些发现为理解早期免疫损伤如何改变神经发育提供了重要见解，并为早期干预靶点的识别提供了转化研究框架。

研究还发现，尽管MIA引起了广泛的转录组改变，但行为表现相对轻微，这提示大脑可能存在发育韧性和补偿机制。未来研究需要确定哪些分子或环路机制能够缓冲更严重的后果，这对于开发有效的干预策略至关重要。

这项研究通过灵长类特异性模型，为理解母体免疫激活影响后代神经发育的细胞和分子机制提供了重要证据，为神经发育障碍的早期预防和干预提供了新的思路和靶点。