早期生命锰暴露经YY1/TREM2轴激活小胶质细胞吞噬导致小鼠海马突触重塑

《Advanced Science》：Early-Life Manganese Overexposure Activates Microglial Phagocytosis through the YY1/TREM2 Axis Leading to Hippocampal Synaptic Remodeling in Mice

　　

早期阶段海马发育依赖精确的突触重塑，该过程中小胶质细胞发挥不可或缺作用。该事件受损会重塑海马神经环路结构并增加长期记忆、学习及行为缺陷风险。锰（Manganese, Mn）作为广泛环境污染物，具有神经发育毒性，并被报道破坏海马突触完整性。研究人员报道，早期生命Mn暴露损害年轻成年雄性小鼠学习、长期记忆与行为表现，伴随小胶质细胞过度吞噬与异常海马突触重塑。单核转录组学、CUT&Tag分析共同显示，Mn暴露上调发育中小胶质细胞转录因子Yin Yang 1（YY1）表达，并直接激活髓样细胞触发受体2（Triggering Receptor Expressed on Myeloid Cells 2, TREM2）及吞噬溶酶体通路相关基因转录，从而驱动小胶质细胞过度吞噬。这种增强的吞噬能力导致发育关键窗口期过度吞噬，最终引起异常突触重塑。机制上，Mn诱导YY1蓄积可能源于缺氧诱导因子1α（Hypoxia Inducible Factor 1α, HIF1α）介导转录增强以及SMAD特异性E3泛素蛋白连接酶2（SMAD Specific E3 Ubiquitin Protein Ligase 2, SMURF2）依赖的泛素降解受阻。综上，研究人员鉴定出YY1/TREM2轴：早期生命Mn暴露经此轴扰动小胶质细胞稳态并诱发适应不良性突触重塑，为Mn暴露神经发育后果提供机制洞察，并提示神经系统疾病早期干预的潜在分子靶点。

研究背景方面，中枢神经系统早期成熟依赖神经元环路发育与突触修剪协调进行。该关键期受扰会显著增加神经发育障碍与学习记忆缺陷的终身风险。海马突触重塑异常是核心病理特征，而小胶质细胞通过受控吞噬与吞噬溶酶体通路清除冗余兴奋性或抑制性突触，塑造新生神经网络。TREM2通路是微胶质细胞突触清除的关键调节者，但其上游调控机制未明。YY1作为转录因子近年被提示可调节TREM2表达，其在发育期微胶质细胞吞噬紊乱与突触重塑中的作用尚未建立。环境Mn暴露因全球普遍、可干扰早期脑发育而受关注；流行病学一致提示儿童早期Mn暴露关联记忆学习受损、注意力下降与行为异常。发育脑因胃肠吸收强、解毒未成熟、血脑屏障不完整而对Mn更敏感。虽有研究提示Mn通过增强小胶质细胞活化导致学习记忆缺陷，但分子机制不清。为此，研究人员在《Advanced Science》发表研究，建立从妊娠至哺乳的早 lifecycle Mn暴露小鼠模型，证明早期生命Mn暴露经YY1/TREM2轴增强小胶质细胞吞噬，引起海马CA1区突触重塑及雄鼠青年期行为缺陷，并阐明HIF1α转录激活与SMURF2介导泛素降解障碍共同导致YY1蓄积的机制。

主要关键技术方法方面，研究人员使用中国医科大学实验动物中心C57BL/6小鼠，按环境相关剂量0、0.11、1.1、11 mg kg^?1 day^?1 MnCl₂·4H₂O经交配前口服灌胃、妊娠期与哺乳期持续暴露建立早期生命暴露队列；取青年期（PND 60）雄性后代海马进行单核RNA测序（single-nucleus RNA sequencing, snRNA-seq）；体外用SIM A9小胶质样细胞与离体海马切片转导小胶质细胞特异性启动子腺病毒实现Trem2或Yy1调控；结合CUT&Tag、染色质免疫沉淀（chromatin immunoprecipiation, ChIP）、免疫沉淀/共免疫沉淀、分子对接与ICP-MS等无偏差机制验证。

研究结果方面，2.1节早期生命锰暴露关联青年小鼠海马突触重塑与小胶质细胞吞噬激活：研究人员通过Morris水迷宫、step-down被动回避、旷场试验及ICP-MS、Golgi-Cox、免疫荧光三维重建发现，雄性后代海马Mn剂量依赖性蓄积，树突棘密度、兴奋/抑制突触共定位下降，兴奋性/抑制性突触比（ES/IS）升高；IBA1⁺小胶质细胞向变形虫样活化表型转变，CD68升高，吞噬突触成分增多，电镜见吞噬体/溶酶体增加。2.2节药物抑制小胶质细胞活化减轻Mn诱导突触重塑与吞噬激活：以米诺环素（Minocycline, Mino）在PND 6–21干预1.1 mg kg^?1 Mn组，恢复小胶质形态、降低CD68与突触吞噬量，回升树突棘及ES/IS平衡。2.3节TREM2介导小胶质细胞吞噬参与Mn诱导海马突触重塑：snRNA-seq显示ENs/INs比升高，MG1/MG2吞噬特征亚群扩张且富集吞噬体/溶酶体通路；Trem2与Tyrobp为枢纽基因；离体切片中Trem2敲低（Trem2-KD）减轻、过表达（Trem2-OE）加剧Mn诱导的突触标志物吞噬与ES/IS失衡。2.4节转录因子YY1调控TREM2介导吞噬并激活吞噬溶酶体通路：SIM A9中25 μM Mn最优激活吞噬溶酶体；YY1核聚集增强，CUT&Tag显示YY1直接结合Trem2、Rab7、Lamp1启动子，25 μM结合强于50 μM；Yy1-KD减弱吞噬与RAB7/溶酶体相关膜蛋白1（Lysosomal-Associated Membrane Protein 1, LAMP1）活化。2.5节下调Yy1减轻Mn暴露小胶质细胞吞噬溶酶体通路过度激活：Yy1-KD细胞与切片中YY1核定位、Trem2/Rab7/Lamp1表达、突触吞噬体积及ES/IS失衡均回退。2.6节YY1上调涉及HIF1α活性与泛素降解功能障碍：ChIP证HIF1α直接结合Yy1启动子并受Mn增强，Hif1a-KD抑YY1/TREM2轴；环己酰亚胺（cycloheximide, CHX）示Mn稳定YY1蛋白，免疫沉淀示YY1泛素化下降；UbiBrowser指SMURF2为YY1的E3连接酶，Mn不改SMURF2量但通过分子对接削弱SMURF2–YY1互作，抑制YY1泛素依赖降解。

讨论部分总结，研究人员指出早期生命环境Mn暴露造成青年雄鼠学习记忆与焦虑样行为异常及海马突触重塑，核心为小胶质细胞YY1/TREM2轴转录激活TREM2与吞噬溶酶体基因致过度突触吞噬；11 mg kg^?1剂量吞噬活性低于1.1 mg kg^?1反映非线性剂量效应与向炎症表型偏移；Trem2切片模型未见树突棘改变提示结构重塑需更长扰动窗口；HIF1α–YY1与SMURF2失能构成YY1双重上调机制。局限包括HIF1α/SMURF2主要在体外外证、缺Trem2体内增益/缺失鼠模型、缺发育期纵向评估。

结论部分翻译：本研究证明早期生命环境Mn暴露损害青年雄性小鼠长期记忆与学习能力并导致异常行为；研究人员鉴定出小胶质细胞吞噬与吞噬溶酶体通路过度激活经YY1/TREM2轴引发海马异常突触重塑这一关键机制。其分子机制涉及HIF1α转录激活增强与SMURF2介导泛素–蛋白酶体降解缺陷，共同导致小胶质细胞YY1蓄积。该发现不仅揭示早期神经发育期环境相关Mn暴露如何通过小胶质细胞改变神经行为结局，也为未来预防或减轻小胶质细胞驱动的神经发育紊乱提供潜在分子靶点。