一种用于推进人类小胶质细胞移植研究的通用小鼠模型：为神经退行性疾病研究带来新突破

研究人员开发 hCSF1Bdes小鼠模型研究人类小胶质细胞移植，证实其可用于研究复杂人类疾病。

　　

研究背景：探索小胶质细胞的奥秘与挑战

在大脑这个神秘的 “宇宙” 中，小胶质细胞虽然只占约 5 - 10% 的脑细胞数量，却如同隐藏在暗处的 “守护者”，对大脑的正常功能起着不可或缺的作用。这些起源于卵黄囊的脑内巨噬细胞，承担着巡逻防御入侵病原体、清理凋亡细胞等 “垃圾”、调节神经元功能和突触活动等重要职责，还能分泌多种促炎和抗炎的趋化因子与细胞因子，深刻影响着大脑的功能和行为。

当大脑遭遇神经退行性疾病，如阿尔茨海默病（AD）时，小胶质细胞会发生复杂的变化，这些变化与疾病的进展和严重程度密切相关。为了深入了解人类小胶质细胞（hMG）在神经系统疾病发病机制中的作用，科学家们急需合适的模型，将小胶质细胞置于与病理生理相关的环境中进行研究。

此前，研究小鼠小胶质细胞的实验为理解其对淀粉样斑块病理的反应提供了一些线索，但小鼠小胶质细胞无法完全重现人类小胶质细胞的异质性，约三分之一的 AD 风险基因在小鼠中缺乏合适的同源基因，而且人类小胶质细胞对 AD 病理的转录反应更为复杂。同时，体外研究 hMG 功能的方法虽然取得了一定进展，但体外培养的 hMG 与原发性人类小胶质细胞的表达谱差异很大。

为了克服这些难题，研究人员开发了人 - 小鼠小胶质细胞异种移植模型，将 hMG 移植到小鼠大脑中。然而，现有的模型存在诸多限制，如需要复杂的基因组合、受到专利限制，无法在研究人员之间自由流通，严重阻碍了针对人类小胶质细胞的药物开发和测试。在这样的背景下，开发一种更优的小鼠模型迫在眉睫。

研究团队与研究目的

来自比利时 VIB 大脑与疾病研究中心、KU Leuven 神经科学系等机构的研究人员，决心攻克这一难题。他们旨在开发一种新的小鼠模型，以克服现有模型的缺陷，为研究人类小胶质细胞在神经退行性疾病中的作用提供更有力的工具。最终，他们成功创建了名为 hCSF1^Bdes的小鼠品系。

研究方法：基因编辑与细胞实验的巧妙结合

研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：

1. 基因编辑技术：利用 CRISPR/Cas9 技术，对小鼠的 Csf1 基因和 Rag2 基因进行编辑。在 Csf1 基因编辑中，将小鼠 Csf1 基因编码 33 - 552 位氨基酸的部分替换为人类 CSF1 对应编码 33 - 554 位氨基酸的序列，同时保留了小鼠的一些调控元件；对 Rag2 基因，则通过 CRISPR/Cas9 策略删除 16 - 430 位氨基酸并引入提前终止密码子。
2. 细胞培养与移植：将人类胚胎干细胞（hESC）和人类诱导多能干细胞（iPSC）按照 MIGRATE 协议分化为小胶质细胞祖细胞，然后将这些祖细胞移植到新生的 hCSF1^Bdes小鼠大脑中。
3. 检测分析技术：运用流式细胞术、免疫组织化学、蛋白质免疫印迹（Western blot）、酶联免疫吸附测定（ELISA）、批量测序等技术，对小鼠的生理指标、小胶质细胞的移植效率、对淀粉样 β 病理的反应等进行检测和分析。

研究结果：新模型的卓越表现

1. 小鼠模型的成功构建与特征：通过 CRISPR/Cas9 技术成功构建了 hCSF1^Bdes小鼠模型，该模型在 C57Bl6J 背景下，表达人源 CSF1 且 Rag2 基因缺失。实验表明，hCSF1^Bdes小鼠健康、可育，其大脑和血液中的人源 CSF1 表达水平正常，未超过小鼠 CSF1 的水平。同时，该小鼠缺乏成熟的 B 细胞和 T 细胞，脾脏和胸腺重量显著降低，但 NK 细胞数量正常123。
2. 高效的小胶质细胞移植：研究人员将 hMG 祖细胞移植到 hCSF1^Bdes小鼠大脑中，1 个月后，小鼠大脑中约 50% 的小胶质细胞为人源，3 个月后这一比例达到 68%。免疫组织化学显示，移植的 hMG 在小鼠大脑中广泛分布，并呈现典型的分枝状形态45。
3. 对阿尔茨海默病相关病理的研究：将 hCSF1^Bdes小鼠与阿尔茨海默病研究常用的 App^SAA小鼠及对照 App 小鼠杂交，结果显示，移植的 hMG 在两种小鼠大脑中的移植效率相似。通过批量 RNA 测序和免疫组织化学分析发现，在 App^SAA小鼠中，hMG 对淀粉样 β 病理产生了复杂的转录反应，上调了 CD83、RGS16 和 CD9 等基因，同时富集了与疾病相关微胶质细胞（DAM）、抗原呈递微胶质细胞（HLA）和细胞因子反应微胶质细胞（CRM）相关的基因，这表明 hMG 能够对淀粉样病变产生类似之前研究中观察到的反应678。

研究结论与意义：开启神经退行性疾病研究新篇章

研究表明，hCSF1^Bdes小鼠模型证明了 NK 细胞耗竭并非成功进行人类小胶质细胞移植的必要条件，并且验证了人类小胶质细胞对淀粉样斑块的多方面反应。该模型可用于非营利组织和营利组织，为研究复杂人类疾病的 hMG 异种移植范式提供了更广泛的应用前景，有望推动神经退行性疾病治疗方法的开发。例如，结合新开发的 CSF1R 抑制剂抗性人 CSF1R 变体以及干细胞疗法，未来或许能为癫痫、帕金森病等神经系统疾病的治疗带来新的希望。这一研究成果发表在《Molecular Neurodegeneration》杂志上，为该领域的研究开辟了新的道路，为后续深入探索人类小胶质细胞在神经退行性疾病中的作用奠定了坚实基础。