小鼠大脑从胚胎到成年阶段免疫球蛋白表达的全面解析揭示其非经典神经功能

《Journal of Neuroinflammation》：Comprehensive analysis of immunoglobulin expression in the mouse brain from embryonic to adult stages

本研究通过单细胞RNA测序和免疫球蛋白(Ig)谱分析，系统揭示了Ig在小鼠大脑从胚胎到成年阶段的表达模式。研究发现小胶质细胞(Microglia)从胚胎期就持续表达Ig重链恒定区Ighm，而成年大脑第6层皮质丘脑神经元(L6 CT CTX)则共表达Ighm和Ighg2c。特别值得注意的是，脂多糖(LPS)刺激会显著抑制小胶质细胞的Ighm表达，这种与B细胞相反的反应模式提示Ig在中枢神经系统(CNS)中可能具有区别于经典免疫功能的新作用。该研究为理解免疫分子在神经系统的非经典功能提供了重要线索。

　　

免疫球蛋白(Ig)传统上被认为是B细胞特异性产生的防御分子，负责识别和中和外来病原体。然而近年来越来越多的证据表明，这种典型的免疫分子竟然在中枢神经系统(CNS)中也存在广泛表达。从胚胎发育到成年阶段，神经元和胶质细胞都被发现能够表达Ig及其受体，这彻底颠覆了人们对免疫分子功能边界的认知。但一个关键问题始终悬而未决：这些"非典型"表达的Ig分子究竟在神经系统中扮演着什么角色？它们是否具有区别于经典免疫功能的新机制？

为了回答这些问题，日本庆应义塾大学医学部的Keiko Morimoto、Hitomi Sano和Kazunori Nakajima等研究人员开展了一项系统性研究。他们整合分析了从胚胎期到成年阶段的小鼠大脑单细胞RNA测序(scRNA-seq)数据，结合免疫球蛋白谱分析和分子生物学实验，首次绘制了Ig分子在小鼠大脑发育全过程中的表达图谱。这项开创性工作发表在《Journal of Neuroinflammation》上，为理解免疫分子在神经系统的非经典功能提供了全新视角。

研究人员主要采用了四种关键技术方法：1)利用公共数据库PRJNA637987和PRJNA772116的scRNA-seq数据进行发育阶段和成年大脑的Ig表达分析；2)通过荧光激活细胞分选(FACS)分离CD11b⁺
CD45⁺
小胶质细胞进行RT-PCR验证；3)采用原位杂交(HCR v3.0)和免疫组化(IHC)进行空间定位；4)建立脂多糖(LPS)刺激模型研究免疫激活对小胶质细胞Ig表达的影响。所有动物实验均遵循庆应义塾大学动物实验伦理委员会的规定。

Detection of Ighm RNA expression in the embryonic brain by scRNA-seq data analysis
通过对胚胎小鼠大脑(E16.0-E18.0)scRNA-seq数据的分析发现，Ighm在免疫细胞类群中高表达。进一步细分显示，超过80%的小胶质细胞(包括轴突轨迹相关小胶质细胞、增殖和非增殖小胶质细胞)表达Ighm，而巨噬细胞中表达比例不足50%。原位杂交证实P2RY12⁺
小胶质细胞在E16大脑皮层中确实表达Ighm。值得注意的是，虽然大多数小胶质细胞表达Ig重链恒定区，但可变区基因仅在极少数细胞中检测到。

Expression and characterization of Ig transcripts in the neonatal brain
对P0小鼠大脑皮层的scRNA-seq分析发现，Aif1⁺
细胞簇(第13簇)中58%的细胞表达Ighm。通过Ig谱分析检测到Igkv4-70、Igkv4-74和Igkv6-13等轻链可变区基因的表达。RT-PCR证实新生小鼠CD11b⁺
CD45⁺
小胶质细胞同时表达膜结合型和分泌型Ighm转录本，且这些细胞不表达B细胞标志物Cd19，排除了B细胞污染的可能性。

Ig expression patterns in the adult brain
成年小鼠大脑数据库分析显示，约56%的第6层皮质丘脑神经元(L6 CT CTX)、35%的小胶质细胞/血管周围巨噬细胞(Micro-PVM)和21%的第6层皮层内神经元(L6 IT CTX)表达Ighm。特别值得注意的是，部分L6 CT CTX神经元同时表达Ighm和Ighg2c。虽然未检测到Ighj基因转录本，但发现了多种Ighv和Igkv可变区基因的表达，其中Ighv7-1和Igkv6-20等基因被反复检测到。

LPS stimulation causes reduction of Ighm expression in microglia
与B细胞中LPS刺激上调Ighm表达不同，研究发现腹腔注射LPS后20小时，成年小鼠小胶质细胞的Ighm表达显著降低。体外实验进一步证实，LPS直接抑制P0小胶质细胞的Ighm表达，这种与B细胞相反的反应模式提示小胶质细胞中Ig可能具有特殊调控机制。

这项研究首次系统描绘了Ig分子在小鼠大脑发育全过程中的表达图谱，揭示了几个重要发现：1)小胶质细胞从胚胎期就持续表达Ighm，但缺乏完整的可变区；2)成年大脑第6层皮质丘脑神经元高表达Ighm，部分神经元还共表达Ighg2c；3)LPS刺激会特异性抑制小胶质细胞的Ighm表达，这种与B细胞相反的反应模式强烈提示Ig在CNS中可能具有非经典功能。

这些发现对理解神经免疫互作具有深远意义。首先，小胶质细胞作为大脑常驻免疫细胞，其表达的Ig分子可能在神经发育和稳态维持中发挥独特作用。其次，神经元表达的Ig分子可能参与神经回路形成和功能调控。特别值得注意的是，Ig分子在神经系统中的表达模式和调控机制与免疫系统存在显著差异，这为开发神经系统特异性干预策略提供了新思路。未来研究需要进一步阐明这些"神经型"Ig分子的具体功能机制及其在神经退行性疾病和精神障碍中的潜在作用。