基于人iPSC共培养平台的星形胶质细胞-小胶质细胞神经炎症互作模型构建与机制研究

本研究针对神经退行性疾病中胶质细胞互作机制不明的关键问题，开发了人诱导多能干细胞(iPSC)来源的小胶质细胞-星形胶质细胞共培养体系，结合微流控技术首次实现了双细胞动态互作的可视化研究。研究发现LPS和TNF-α/IL-1β可分别特异性激活小胶质细胞和星形胶质细胞，共培养时通过补体C3等分子产生协同效应，为解析阿尔茨海默病等疾病的神经炎症机制提供了新模型。

　　

在神经科学领域，小胶质细胞和星形胶质细胞这对"黄金搭档"的互动一直是未解之谜。这两种中枢神经系统的常驻免疫细胞，在阿尔茨海默病、帕金森病等神经退行性疾病中扮演着关键角色。传统观点认为小胶质细胞是神经炎症的"首发队员"，但近年研究发现星形胶质细胞也能分泌大量炎症因子。更复杂的是，这两种细胞会通过神秘的"分子对话"相互影响，这种互动如何推动疾病进展？现有动物模型与人类存在物种差异，而常规培养皿又难以模拟脑内复杂的微环境，这些瓶颈严重阻碍了相关研究。

针对这些挑战，芬兰坦佩雷大学联合瑞典皇家理工学院的研究团队在《Cell Communication and Signaling》发表创新成果。研究人员构建了人iPSC分化的双胶质细胞共培养系统，并开发了具有微隧道结构的 compartmentalized microfluidic platform（分区微流控平台）。通过LPS、TNF-α/IL-1β等刺激模拟神经炎症状态，结合活细胞成像、细胞因子阵列检测等技术，首次实现了人类胶质细胞互作的可视化解析。

关键技术包括：1）建立iPSC分化为功能性小胶质细胞（表达TMEM119/P2RY12）和星形胶质细胞（表达GFAP/S100β）的标准化流程；2）设计三室互联微流控芯片实现双细胞分区共培养；3）采用Mesoscale多重细胞因子检测平台分析分泌谱；4）通过pHrodo荧光颗粒吞噬实验评估小胶质细胞功能。

【小胶质细胞与星形胶质细胞共培养模型的建立】
研究团队通过阶梯式诱导方案，从人iPSC成功分化出具有典型形态和功能标志物的两种胶质细胞。小胶质细胞高表达TMEM119、TREM2等特异性标志，并能有效吞噬pHrodo荧光颗粒；星形胶质细胞则表现出谷氨酸转运体EAAT1依赖的神经递质摄取能力。将两者以11%:89%的比例共培养时，保持了>95%的细胞活性。

【神经炎症刺激诱导细胞特异性反应】
LPS刺激引发小胶质细胞特异性反应，分泌TNF-α、IL-1β等促炎因子水平提升10-100倍；而TNF-α/IL-1β组合更显著激活星形胶质细胞，使其CXCL10分泌增加300倍。有趣的是，IFN-γ对两种细胞均只引发温和反应，提示不同刺激物的作用靶点存在差异。

【共培养改变炎症应答模式】
当两种细胞共处一室时，出现了意想不到的"对话效应"：LPS刺激的共培养组中，小胶质细胞分泌的IL-6等因子反而比单独培养时降低，同时星形胶质细胞特异的CXCL10却显著升高。反之，TNF-α/IL-1β刺激的共培养组中，抗炎因子IL-10水平比星形胶质细胞单独培养时提升75倍，揭示出双向调节机制。

【微流控平台揭示空间互作特性】
创新性的微流控设计解决了传统共培养的空间限制问题。通过15-25 kDa FITC-葡聚糖实验证实各腔室保持流体隔离，而40条微隧道允许小胶质细胞自发迁移（24小时迁移率增加35%）。ADP刺激实验验证了该平台对趋化研究的适用性，选择性腔室刺激显示炎症微环境会特异性抑制迁移细胞的吞噬功能。

【补体C3介导胶质细胞对话】
免疫染色显示静息状态下仅小胶质细胞表达C3d，但TNF-α/IL-1β刺激后星形胶质细胞C3d表达激增。共培养时C3分泌量比单独培养高2-3倍，提示补体系统是细胞互作的关键介质。这与阿尔茨海默病患者脑中补体激活的病理特征高度吻合。

这项研究突破了神经炎症研究的三大技术瓶颈：首次在人类iPSC模型中证实胶质细胞通过补体系统等途径进行双向调控；开发的微流控平台实现了细胞互作时空动态解析；为个性化医疗提供了可携带患者基因背景的研究模型。特别值得注意的是，研究发现星形胶质细胞并非被动响应者，而是能通过CXCL10等因子主动塑造炎症微环境，这为开发靶向神经炎症的联合治疗策略提供了新思路。芬兰团队建立的这套"双细胞-双刺激-三微室"研究体系，将成为探索多发性硬化等疾病机制的有力工具。