大胶质细胞组织及其与血管邻近性的出生后发育时空动态

《International Journal of Developmental Neuroscience》：Spatio-Temporal Dynamics of Macroglial Cell Organization and Proximity to Blood Vessels During Postnatal Development

　　

大脑皮层发育源于多种细胞类型的增殖、分化、迁移和成熟。虽然神经元发育已得到充分表征，但调控大胶质细胞（少突胶质细胞和星形胶质细胞）发育的机制仍 largely unknown。近期研究提示，血管系统在这一过程中扮演关键但尚未充分评估的角色。在本研究中，研究人员调查了大胶质细胞在实质内以及相对于血管的空间组织。利用免疫标记技术检测Sry-box转录因子（Sox）9（大胶质细胞祖细胞和星形胶质细胞）和Sox10（少突胶质细胞谱系），研究人员确定了出生后第1天（P）至P60天体感皮层中大胶质细胞的密度、分布以及与血管的邻近性。研究人员发现，Sox9+细胞均匀分布于皮层各层，细胞间间距规则。相比之下，Sox10+细胞集中于更深皮层层次，并呈现随机分布。血管密度和分支在P5至P15之间显著增加，且从P15起大胶质细胞更靠近血管。研究人员调查了MLC1缺陷小鼠（一种伴有皮层下囊肿的巨脑性白质脑病模型，其星形胶质细胞血管周围覆盖异常）皮层中星形胶质细胞分布的可能改变。在幼年和成年小鼠中，均未发现与对照组在密度、分布或与血管距离上的差异。总之，研究人员揭示了脑内星形胶质细胞和少突胶质细胞在出生后发育中以及与血管系统相关的独特分布和发育模式。

**论文解读：大胶质细胞组织及其与血管邻近性的出生后发育时空动态**

**研究背景与目的**

哺乳动物大脑皮层的发育是一个高度复杂且有序的过程，涉及多种细胞类型的增殖、分化、迁移和成熟。尽管神经元发育的机制已得到广泛研究，但调控大胶质细胞（包括星形胶质细胞和少突胶质细胞）发育的分子和细胞机制仍 largely unknown。近年来，血管系统在神经发育中的作用逐渐受到关注，但血管与大胶质细胞在出生后发育过程中的空间相互作用尚未被系统阐明。已有研究表明，在胚胎期，少突胶质细胞前体细胞（OPCs）利用血管进行迁移，而星形胶质细胞的前体细胞在出生后早期也与血管接触。然而，出生后大胶质细胞在皮层内的空间组织模式（如密度、分布规律及与血管的邻近性）及其随发育时间的变化，以及这些模式在病理条件下的潜在改变，仍缺乏定量描述。此外，星形胶质细胞蛋白MLC1的缺失会导致巨脑性白质脑病，并破坏星形胶质细胞的血管周围覆盖，但这是否影响星形胶质细胞的整体空间分布尚不清楚。因此，本研究旨在通过定量分析，揭示出生后体感皮层中大胶质细胞（以Sox9⁺标记星形胶质细胞谱系，Sox10⁺标记少突胶质细胞谱系）的密度、空间分布模式及其与血管系统的动态关系，并评估MLC1缺失对星形胶质细胞分布的影响。该论文发表在《International Journal of Developmental Neuroscience》。

**主要技术方法**

研究人员采用免疫荧光标记技术，对C57BL/6JRj小鼠（购自法国Janvier labs）和Mlc1 KO小鼠（由Raul Estevez提供，基于C57BL6背景）的脑切片进行染色，分别使用抗Sox9、抗Sox10和抗Pecam-1（内皮细胞标志物）抗体。通过Axio Zoom V16显微镜和转盘共聚焦显微镜获取三维图像。利用基于深度学习（Cellpose）的自定义模型和Fiji插件（VeCell）自动化检测大胶质细胞和血管，并计算细胞密度、最近邻距离、空间分布指数（SDI，通过G函数分析）、血管体积、分支数量以及细胞与最近血管的距离。样本队列包括出生后第1天（P1）、P5、P15和P60天的小鼠，每组3-4只，每只取1-3个脑切片进行分析。

**研究结果**

**3.1 出生后发育过程中皮层大胶质细胞的密度**
通过免疫荧光标记Sox9和Sox10，在体感皮层上、下两部分（Bin 1和Bin 2）定量分析。结果显示，Sox9⁺细胞密度在P5达到峰值，随后显著下降，且上下皮层间无差异。Sox10⁺细胞密度在P5后略有减少，但始终在皮层下部（Bin 2）更高。比较两种细胞群发现，在P5时Sox9⁺细胞数量约为Sox10⁺细胞的两倍，但在P60时，皮层下部Sox10⁺细胞密度更高。

**3.2 出生后发育过程中大脑皮层大胶质细胞的分布**
通过测量最近邻距离和空间分布指数（SDI）分析细胞分布模式。Sox9⁺细胞从P5起表现出规则的间距（SDI接近1），表明其呈均匀分布。Sox10⁺细胞的最近邻距离在发育过程中无显著变化，但SDI分析显示其分布始终偏离随机，且从未达到规则分布，至P60时趋于随机分布。

**3.3 大胶质细胞相对于血管室的分布**
通过Pecam-1标记血管，分析血管体积和分支。血管体积和分支在P5至P15之间显著增加，之后下降。从P15起，Sox9⁺细胞比Sox10⁺细胞更靠近血管，且Sox9⁺细胞核直接贴附血管的比例更高。在P5时，两种细胞与血管的距离最大。

**3.4 Mlc1 KO皮层中大胶质细胞密度和分布未改变**
在Mlc1 KO小鼠（P60）中，与野生型相比，血管体积、分支、Sox9⁺细胞密度、SDI分布、细胞与血管的距离均无显著差异。在P5和P15阶段，也未观察到星形胶质细胞密度、分布或与血管距离的改变。

**讨论与结论**

本研究表明，星形胶质细胞（Sox9⁺）和少突胶质细胞谱系（Sox10⁺）在出生后皮层发育中遵循截然不同的空间组织轨迹。星形胶质细胞从P5起即建立规则的均匀分布模式，这与成熟脑中星形胶质细胞互不重叠的“铺砌”结构一致，提示存在活跃的细胞间排斥或吸引机制。相比之下，少突胶质细胞谱系呈随机分布，且更集中于深层皮层，可能受Reelin信号调控。血管系统在P5-P15期间经历显著的生长和分支，随后大胶质细胞更靠近血管，反映了血管密度增加以及可能的血管源性信号对星形胶质细胞的吸引作用。Sox9⁺细胞比Sox10⁺细胞更靠近血管，符合星形胶质细胞终足完全覆盖血管的已知特征。在MLC1缺失模型中，尽管星形胶质细胞血管周围覆盖异常，但其整体密度和空间分布未受影响，提示这些缺陷足以改变局部血管功能，但不足以改变星形胶质细胞的组织模式。研究结论：研究人员利用一个可靠、可自由获取的Fiji插件，在简单脑切片和低分辨率显微镜下分析了出生后发育中的大胶质细胞组织，成功复现了已知结果，并揭示了星形胶质细胞和少突胶质细胞谱系在发育轨迹上的显著差异，特别是星形胶质细胞在出生后早期即建立了规则分布模式。