CXCR4信号异常引发原发性免疫缺陷的神经发育起源：小脑结构与精神运动缺陷的机制与干预

这篇研究揭示了先天性免疫缺陷病（IEI）基因在神经发育中的直接作用，通过WHIM综合征模型证实CXCR4/SDF-1信号通路过度激活会破坏小脑颗粒细胞前体（GCPs）的迁移与分化，导致小脑叶结构异常和焦虑样行为。靶向脑内CXCR4的早期拮抗剂干预可挽救神经发育缺陷，为IEI相关神经症状的细胞自主性机制提供了全新视角。

　　

Highlights

研究发现先天性免疫缺陷病（IEI）相关基因在人类发育中的大脑区域特异性表达，尤其在小脑（CB）和丘脑（TH）富集。单细胞测序显示这些基因在神经谱系中活跃，提示IEI可能直接影响神经发育轨迹。

IEI基因在人类发育大脑中的时空表达模式

通过对517种IEI及其446个致病基因的系统分析，发现41.6%的IEI伴随神经症状（如智力障碍、焦虑等）。BrainSpan数据集显示IEI基因在胚胎期至成年期动态表达，小脑是最易受影响的区域之一。单细胞核RNA测序进一步证实86%的IEI基因在健康人小脑发育过程中表达，其中25个基因与自闭症相关（如BCL11B、PRKDC）。

WHIM小鼠的小脑结构选择性改变

携带CXCR4^S338X
突变的WHIM小鼠磁共振成像（MRI）显示小脑蚓部初级裂（fpr）和前丘裂（fpc）长度异常，白质分支结构减少。尼氏染色证实浦肯野细胞层（PCL）在特定小叶（如LIII、LVIII）缩短，与人类患者影像学特征一致。

WHIM突变体的早发性行为异常

成年WHIM小鼠表现出焦虑样行为：开放场实验中中心探索减少，高架十字迷宫过渡次数降低，强迫游泳测试中不动时间缩短。幼鼠发育里程碑测试显示体重减轻、悬崖回避反应延迟等感觉运动整合缺陷，提示神经发育轨迹异常。

小脑结构缺陷源于胚胎期

胚胎期（E16.5-E17.5）WHIM小鼠小脑外颗粒层（EGL）与核心区细胞密度失衡，Pax6⁺
颗粒细胞前体（GCPs）在核心区异常聚集。力学模型揭示EGL-核心刚度比降低导致褶皱振幅减小，最终引发出生后（P0）小脑叶形态异常。

单细胞测序揭示小脑前体细胞CXCR4信号过度激活

对P0 WHIM小鼠小脑LIII-VI叶的10,742个细胞测序发现，GCPs中CXCR4信号通路显著上调，伴随迁移相关基因（如Plxna2）异常表达。Bergmann胶质细胞（BG）的BLBP⁺
纤维在锚定中心（AC）角度增大，破坏颗粒细胞迁移路径。

高活性CXCR4影响颗粒细胞分化与自发电活动

伪时间分析显示WHIM小鼠颗粒细胞在分化中期（GCI阶段）分布异常。离体培养实验中，突变颗粒细胞初级分支增多，GCaMP6s记录显示自发放电频率和同步性增强，证实细胞自主性电生理缺陷。

颗粒细胞谱系缺陷非细胞自主性影响浦肯野细胞

WHIM小鼠浦肯野细胞（PCs）密度降低，树突复杂性减少，深部小叶（如LVIII）自发放电活动增强。转录组分析发现PCs中离子通道基因（如Scn1b、Hcn2）上调，提示环路组装异常。

WHIM突变体伴先天性白细胞减少但小脑免疫状态正常

纵向免疫分析显示WHIM小鼠出生即出现中性粒细胞减少和淋巴细胞减少，但小脑微glia（Iba1⁺
）密度、形态及CD86表达未改变，证实神经表型独立于外周免疫异常。

早期发育干预改善WHIM缺陷

胚胎期（E12.5）或出生后（P1）脑室内注射CXCR4拮抗剂AMD3100可恢复小脑叶形态（如次级裂fsec长度），挽救幼鼠悬崖回避行为，并改善成年鼠探索行为。这一发现为WHIM综合征的神经发育干预提供了时间窗口证据。

该研究首次确立IEI基因突变通过细胞自主性机制直接破坏神经发育的范式，为理解免疫缺陷与神经精神症状的共病机制开辟了新途径。