小胶质细胞-星形胶质细胞通过Wnt信号通路调控突触重塑的对话机制

本刊推荐：为揭示活动依赖性突触重塑中胶质细胞间的协调机制，研究人员聚焦于小胶质细胞-星形胶质细胞crosstalk，通过单侧胡须切除模型发现：星形胶质细胞通过减少突触接触而非直接吞噬参与重塑过程，该过程由小胶质细胞源性Wnt信号驱动，且依赖于CX3CL1-CX3CR1通路激活。这项发表于《Cell》的研究首次阐明Wnt介导的胶质细胞对话在突触修剪中的核心作用，为神经发育疾病提供新靶点。

　　

在大脑发育过程中，神经环路的精确构建依赖于活动依赖性的突触重塑——即清除多余的突触连接而强化必要的连接。这一过程需要神经元与非神经元细胞（包括小胶质细胞和星形胶质细胞）的精密协作。尽管已知小胶质细胞和星形胶质细胞均能吞噬突触，但它们是否以及如何相互协调以完成突触修剪，尤其是在感觉经验调控的背景下，仍是一个悬而未决的核心问题。此外，神经元来源的趋化因子CX3CL1与其受体CX3CR1（主要表达于小胶质细胞）的信号通路已被证实参与突触修剪，但其下游机制尚不明确。因此，深入解析胶质细胞间的对话机制，不仅对理解大脑发育至关重要，也对多种神经精神疾病的治疗具有启示意义。

在这项发表于《Cell》的研究中，Faust等人利用新生小鼠单侧胡须切除模型，结合细胞特异性转录组学、超分辨率成像和遗传操作技术，揭示了小胶质细胞通过释放Wnt配体指令星形胶质细胞减少突触接触，从而许可小胶质细胞介导的突触清除。这一发现不仅阐明了CX3CL1-CX3CR1信号的下游效应器，还首次提出了Wnt介导的胶质细胞对话在活动依赖性突触重塑中的核心作用。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：1）使用细胞特异性TRAP-seq（Translating Ribosome Affinity Purification followed by RNA sequencing）分析胡须切除后小胶质细胞和星形胶质细胞的转录组变化；2）通过扩张显微镜（ExM）技术超分辨率解析星形胶质细胞过程与突触的空间关系；3）利用转基因报告小鼠（TCF/Lef:H2B-GFP）和免疫荧光检测β-_catenin核转位以监测Wnt信号通路活性；4）采用条件性基因敲除小鼠（如Cx3cr1^Cre; Wls^Flox/Flox）和药理学抑制（XAV939）在体验证功能；5）结合MERFISH空间转录组学技术解析Wnt配体的细胞来源及空间分布。所有动物实验均使用新生C57BL/6J小鼠。

Astrocytes decrease their association with TC synapses following whisker lesioning

通过胡须切除诱导桶状皮层第IV层丘脑皮质突触（以VGluT2⁺终末为标志）的移除，研究人员发现星形胶质细胞并未吞噬突触，但其过程与突触的接触显著减少。扩张显微镜分析显示，在 deprived hemisphere（切除侧），突触与最近星形胶质细胞过程的平均距离（NND）增加，接触突触的比例以及突触被包绕的面积均下降。电镜结果进一步证实了这一现象。值得注意的是，星形胶质细胞胞体密度并未改变，表明是其形态发生了重塑。

Wnt receptor signaling is elicited in layer IV astrocytes following whisker removal

对胡须切除24小时后星形胶质细胞进行TRAP-seq分析，发现147个基因上调、39个基因下调。通路分析显示，与转录调控和细胞骨架相关的基因集显著富集。尤为关键的是， ingenuity pathway analysis (IPA) 将经典Wnt信号通路（包括CTNNB1（β-_catenin）和TCF/LEF）鉴定为顶级 root regulators。在体实验利用TCF/Lef:H2B-GFP报告小鼠和β-_catenin免疫荧光证实，切除侧桶状皮层星形胶质细胞核内β-_catenin水平和TCF/LEF报告活性特异性升高。

Activation of the Wnt signaling pathway in astrocytes is sufficient to induce a reduction in astrocyte-synapse interactions

为验证Wnt信号激活是否足以驱动星形胶质细胞-突触相互作用的改变，研究人员构建了星形胶质细胞特异性Apc条件性敲除小鼠（Apc^cKO）。APC是β-_catenin降解复合体的关键组分，其缺失可导致Wnt通路组成性激活。在无胡须干预的情况下，Apc^cKO小鼠星形胶质细胞表现出核β-_catenin积累，并且突触与星形胶质细胞过程的平均分离距离增加，与胡须切除后的表型类似。

Whisker lesioning induces microglia-astrocyte crosstalk via Wnts

那么，是什么激活了星形胶质细胞的Wnt信号？通过 microglia-specific TRAP-seq 和 NicheNet ligand-receptor 分析，研究人员预测小胶质细胞来源的Wnt配体（如WNT7A, WNT2B, WNT4）是调控星形胶质细胞转录变化的上游顶级候选分子。MERFISH空间转录组学证实，在桶状皮层第IV层，小胶质细胞表达多种Wnt配体基因（Wnt2, Wnt2b, Wnt4, Wnt5a, Wnt5b, Wnt8a），且其总体表达水平高于其他皮层区域。体外实验表明，WNT5A和WNT7A处理可浓度依赖性地诱导原代星形胶质细胞形态复杂性降低。

Microglial Wnt release is necessary in vivo to induce decreased astrocyte-synapse interactions and synapse removal following whisker lesioning

为在体验证小胶质细胞Wnt释放的功能必要性，研究人员构建了小胶质细胞特异性Wls条件性敲除小鼠（WLS cKO）。Wls基因编码的Wntless蛋白是Wnt配体分泌所必需的。在WLS cKO小鼠中，胡须切除不再引起星形胶质细胞过程密度的下降、星形胶质细胞-突触接触的减少、小胶质细胞对VGluT2⁺突触物质的吞噬以及最终的突触丢失。使用Wnt通路抑制剂XAV939系统性给药也可模拟该表型，阻断突触丢失。

Microglial CX3CR1 signaling acts upstream to induce Wnt receptor signaling in astrocytes for synapse remodeling

最后，研究人员探索了上游信号如何调控这一过程。已知CX3CL1-CX3CR1信号对于胡须切除诱导的突触移除是必需的。Microglia-specific TRAP-seq 比较显示，在Cx3cr1^-/-小鼠中，胡须切除引起的基因表达变化几乎完全消失，表明小胶质细胞的转录应答绝大部分依赖于CX3CR1。在Cx3cl1^-/-或Cx3cr1^-/-小鼠中，胡须切除无法再诱导星形胶质细胞中TCF/LEF报告活性的升高或β-_catenin的核转位，星形胶质细胞-突触的相互作用也不再减少。MERFISH分析表明，CX3CL1的缺失并不影响Wnt相关分子的基础转录水平，提示CX3CR1信号可能通过翻译后或分泌水平调控Wnt配体的功能。

本研究得出结论：在感觉经验依赖的突触重塑过程中，小胶质细胞与星形胶质细胞之间存在一种顺序性、指令性的细胞对话。其核心机制是：神经元活动变化通过蛋白酶解释放CX3CL1，激活小胶质细胞上的CX3CR1受体；此信号进而促使小胶质细胞释放Wnt配体（如WNT5A/WNT7A）；Wnt配体激活星形胶质细胞中的经典Wnt信号通路，导致其细胞骨架重排和过程收缩，从而减少对突触的包绕；星形胶质细胞的 retreat 为小胶质细胞接触并吞噬突触创造了物理空间和许可条件，最终完成突触的清除。

该研究的重大意义在于：1）首次揭示了Wnt信号通路在介导小胶质细胞-星形胶质细胞对话以协调突触修剪中的核心作用；2）阐明了CX3CL1-CX3CR1这一重要神经免疫信号轴的下游细胞与分子机制，将其与经典的形态发生通路Wnt直接联系起来；3）提出了突触重塑的新范式，即星形胶质细胞并非直接执行吞噬，而是通过动态的空间布局调控为小胶质细胞的吞噬作用“创造机会”；4）研究通过生物信息学分析提示，这种Wnt介导的胶质细胞对话机制可能广泛存在于多种生理（如睡眠/觉醒、学习记忆）和病理（如阿尔茨海默病、癫痫）过程中，为理解多种神经发育障碍和精神疾病的病理机制提供了新视角，并为干预此类疾病提供了潜在的新靶点（如Wnt通路）。