迭代转录因子筛选技术实现人iPSC快速分化为类小胶质细胞

本研究通过开发迭代高通量单细胞转录因子(TF)筛选方法，成功鉴定了SPI1、CEBPA、FLI1、MEF2C、CEBPB和IRF8六种转录因子的组合，可在4天内将人诱导多能干细胞(iPSC)高效分化为具有原代小胶质细胞转录组和功能特征的类小胶质细胞(TFiMGLs)。该研究为神经退行性疾病建模和药物筛选提供了新工具，同时建立了基于TF扰动的基因调控网络构建新范式。

　　

神经系统中驻扎的小胶质细胞(microglia)是大脑重要的免疫守卫者，在神经发育、突触修剪和神经退行性疾病中发挥关键作用。然而，获取原代人小胶质细胞面临巨大挑战——脑组织活检困难，而传统的小鼠模型与人类存在显著物种差异。现有iPSC分化方案需要长达35天的复杂诱导流程，且依赖神经元共培养。这些瓶颈严重阻碍了神经炎症研究和药物开发。

哈佛医学院等机构的研究团队在《Nature Communications》发表突破性成果，通过两轮迭代转录因子筛选，仅用4天即可将人iPSC转化为功能完备的类小胶质细胞。研究首先建立包含40个候选TF的初筛文库，通过单细胞RNA测序(scRNA-seq)结合TF条形码技术，锁定SPI1、CEBPA和FLI1核心组合；继而设计"3+X"二次筛选策略，发现MEF2C、CEBPB和IRF8的增效作用。最终获得的TFiMGLs不仅表达CX3CR1、P2RY12等标志物，更展现出对β淀粉样蛋白(Aβ)和TDP-43的病理响应、强大的吞噬能力以及钙信号传导等典型功能特征。

关键技术包括：1) PiggyBac转座子系统介导的多TF组合递送；2) 双药物选择策略确保TF共表达；3) 整合TF条形码与scRNA-seq的并行检测技术；4) 基于人类细胞图谱数据的批量校正分析；5) 逐步回归模型构建TF-基因调控网络。使用PGP1健康供者来源的iPSC系进行所有实验验证。

【第一轮筛选确立核心TF组合】
通过比较40个TF在微胶质基因表达细胞中的富集情况，发现SPI1(PU.1)、CEBPA和FLI1构成最小功能单元。实验显示单独表达CEBPA或FLI1导致细胞死亡，而三者在polycistronic载体MG3.1-SFC中协同作用，产生37% CD11b⁺
细胞，但缺乏CX3CR1表达。

【第二轮筛选完善分化方案】
以SFC为基底补充42个新TF，鉴定出MEF2C可显著提升CX3CR1表达至20%。通过优化TF排列顺序，最终MG6.4-SCF-MCI六因子组合使CD11b⁺
细胞比例提升至66%，且首次实现CX3CR1⁺
群体诱导。

【分子特征验证】
时间分辨转录组显示，TFiMGLs在第二天即与原代微胶质细胞聚类，与单核细胞/树突状细胞明显分离。基因集富集分析(GSEA)证实其富集313个微胶质特征基因(p=9.01×10^-10
)。培养基优化实验表明，mTeSR维持培养更有利于免疫相关基因表达。

【功能验证】
TFiMGLs对干扰素γ(IFNγ)刺激呈现典型炎症反应，上调CXCL10、IRF1等基因；能有效吞噬pHrodo标记的金黄色葡萄球菌颗粒(4小时吞噬率达98%)；ADP刺激引发快速钙瞬变，证实嘌呤能信号通路完整。

该研究开创性地将迭代筛选与单细胞多组学结合，不仅建立了迄今最快的微胶质细胞分化方案，更揭示了TF组合的协同作用规律。特别值得注意的是，CEBPA在单独表达时引发细胞凋亡，但在多TF背景下反而成为关键调控节点——这种"上下文依赖性"为细胞命运编程提供了新认知。研究者开发的TF-基因回归模型，首次从实验扰动数据推导出672个调控关系，其中CEBPA对RAB13、BHLHE41对HMGA1的调控等发现，为解析微胶质细胞发育的分子机制提供了全新线索。这项技术框架可扩展至其他难获取细胞类型的定向分化，对神经退行性疾病建模和免疫治疗开发具有重要价值。