TGFβ信号通路介导小胶质细胞对时空限制性髓鞘退变的韧性调控

《Nature Neuroscience》：TGFβ signaling mediates microglial resilience to spatiotemporally restricted myelin degeneration

本研究揭示衰老过程中脊髓背柱（DC）区域特异性髓鞘退变，小胶质细胞通过增强TGFβ（转化生长因子β）信号通路维持自身稳态，形成对抗年龄相关性髓鞘损伤的保护机制。该发现阐明了TGFβ信号作为关键检查点（checkpoint），通过空间限制性小胶质细胞-少突胶质细胞相互作用，保障神经系统健康衰老。

　　

衰老过程中脊髓背柱的髓鞘退变

通过透射电子显微镜（TEM）对小鼠脊髓白质束的比较分析发现，在正常衰老过程中，髓鞘退变在背柱（Dorsal Column, DC）尤为显著。与腹柱（Ventral Column, VC）相比，DC区域的轴突密度更高但轴突直径更小。从8-12月龄开始，DC区域的g比值（轴突直径与有髓神经纤维外径之比）显著降低，同时轴周间隙增大，冗余髓鞘等异常髓鞘特征明显增多。免疫染色也证实12月龄及以上小鼠DC区域降解的髓鞘碱性蛋白积累增加。这些发现揭示了在正常衰老过程中，DC区域存在特异性的髓鞘退变。

脊髓TGFβ信号与小胶质细胞状态的时空调控

转录组分析显示，与2-3月龄年轻小鼠相比，约12月龄小鼠脊髓中与TGFβ信号通路、小胶质细胞功能相关的基因表达上调，而髓鞘形成相关基因受到抑制。蛋白质印迹（Western blot）证实TGFβ1及其受体TGFβR2在老年脊髓中表达增加。高维流式细胞术和RNAscope技术进一步确定小胶质细胞是TGFβ1的主要细胞来源，并且DC区域小胶质细胞的Tgfbr1表达在衰老过程中显著高于VC区域。此外，DC区域小胶质细胞脂滴积累也随年龄增加且高于VC区域。这些数据表明，衰老诱导了DC区域特异的TGFβ信号富集和小胶质细胞状态改变。

小胶质细胞TGFβ信号 disruption 导致DC区域小胶质细胞激活和脱髓鞘

为探究TGFβ信号在DC区域衰老过程中的功能，研究者在8-12月龄的Cx3cr1^CreER:Tgfbr2^fl/fl小鼠中诱导小胶质细胞特异性敲除Tgfbr2。转录组分析显示，Tgfbr2缺陷的小胶质细胞下调了稳态基因，同时上调了与炎症反应、吞噬作用、抗原呈递、胆固醇代谢等相关的基因，表现出神经退行性表型或疾病相关小胶质细胞（Disease-Associated Microglia, DAM）的特征。组织学染色显示，Tgfbr2缺失后，DC区域小胶质细胞数量增加，激活标志物MHC-II表达升高，并出现进行性的髓鞘丢失，而VC区域变化不明显。三维成像和TEM分析进一步证实DC区域髓鞘轴突单元减少，髓鞘异常增加。行为学测试表明，小胶质细胞Tgfbr2缺陷小鼠出现神经功能缺损，且在老年小鼠中更为严重。

单核RNA测序揭示对TGFβ信号敏感的小胶质细胞亚群

对小胶质细胞Tgfbr2敲除后不同时间点的小鼠脊髓进行单核RNA测序（snRNA-seq），发现一个小胶质细胞亚群（亚群1）显著扩增。该亚群高表达Trem2、Apoe、Clec7a等DAM标志基因，以及Lgals3（编码Galectin-3）、Gpnmb、Mgll等与髓鞘相互作用相关的基因，被命名为TGFβ信号敏感小胶质细胞（TGFβ signaling-sensitive microglia, TSM）。TSM富集于炎症反应、细胞因子产生、细胞粘附和吞噬活性等生物学过程。免疫染色验证了TSM标志物GPNMB和Galectin-3在Tgfbr2敲除后主要于DC区域时间依赖性上调。

TSM吞噬髓鞘并积累脂滴

功能实验表明，Tgfbr2缺陷的小胶质细胞对pHrodo red标记的髓鞘的吞噬作用显著增强。流式细胞术分析进一步证实，Galectin-3^high的TSM亚群具有更高的髓鞘吞噬活性。与之相应，Tgfbr2敲除后DC区域小胶质细胞脂滴积累随时间增加，且Galectin-3^high细胞脂滴积累多于Galectin-3^low细胞。这些结果证明TSM具有更高的髓鞘吞噬能力。

小胶质细胞Tgfbr2敲除改变脊髓少突胶质细胞谱系格局

snRNA-seq分析发现，小胶质细胞Tgfbr2敲除后，成熟少突胶质细胞（MOL）显著减少，尤其是MOL1-4亚群，而少突胶质前体细胞（OPC）、新形成的少突胶质细胞（NFOL）、髓鞘形成少突胶质细胞（MFOL）以及一个疾病相关少突胶质细胞（Disease-Associated Oligodendrocyte, DA-MOL）亚群扩增。DA-MOL特征性表达Serpina3n。免疫染色证实Serpina3n⁺CC-1⁺的DA-MOL在Tgfbr2敲除后主要出现在DC区域，但它们未能合成髓鞘包裹轴突。

DC小胶质细胞依赖自分泌TGFβ1维持对髓鞘退变的韧性

研究表明，小胶质细胞是TGFβ1的主要来源，且在Tgfbr2敲除后，小胶质细胞中Tgfb1及其激活辅助蛋白Nrros的表达上调。snRNA-seq显示Tgfb1主要在TSM中表达。为验证自分泌TGFβ1的作用，研究者构建了Cx3cr1^CreER:Tgfb1^fl/fl小鼠。与Tgfbr2敲除类似，小胶质细胞特异性敲除Tgfb1同样导致DC区域小胶质细胞异常激活、髓鞘丢失、TSM标志物上调以及神经功能缺损，尽管疾病进程较慢。这证明DC区域小胶质细胞依赖自分泌TGFβ1信号来防止髓鞘损伤。

讨论

本研究揭示，衰老过程中DC区域易于出错的髓鞘模式对小胶质细胞构成生理挑战，而增强的TGFβ信号通路作为关键检查点，使敏感化的小胶质细胞保持韧性，防止其过度激活导致髓鞘损伤。当TGFβ信号（无论是Tgfbr2还是Tgfb1）缺失时，检查点失效，DC区域小胶质细胞（特别是TSM亚群）变得过度吞噬性，攻击髓鞘，并伴随DA-MOL的出现（但其髓鞘再生能力受损）。研究强调了小胶质细胞对TGFβ信号依赖性的区域异质性，以及DC髓鞘在TGFβ信号不足时的脆弱性，对将TGFβ信号抑制作为神经退行性疾病治疗策略提出了警示，并揭示了小胶质细胞来源的TGFβ1通过自分泌机制维持自身稳态从而促进髓鞘健康的新机制。