小胶质细胞不只是修剪者
小胶质细胞最广为人知的作用是在发育中清除多余突触。这项研究针对伏隔核提出相反的问题:小胶质细胞是否也帮助兴奋性突触形成,早期失去它们是否会改变成年行为?作者将伏隔核描述为对情绪调节和动机行为重要的脑区。
主要工具是Csf1rΔFIRE/ΔFIRE小鼠品系(文中称KO),该品系因删除了CSF1受体的一个小胶质细胞存活增强子而完全缺乏小胶质细胞。对照为Csf1r+/+野生型和Csf1rΔFIRE/+杂合子同窝小鼠;作者指出杂合子与野生型相比小胶质细胞数量无可检测差异,因此有时将二者合并为小胶质细胞阳性对照。由于该模型在整个生命周期和全脑范围内去除小胶质细胞,作者随后补充了一个区域特异性清除实验,以检验NAc和特定发育时间窗是否关键。
第二至第三周兴奋性事件减少
核心测量是对NAc中型多棘神经元进行全细胞膜片钳记录,在P8-10、P14-16、P20-22和2.5-3月龄记录微小兴奋性突触后电流(mEPSC)。mEPSC频率用作指标,反映有多少功能性兴奋性突触向被记录细胞释放递质;幅度反映单个事件的大小。
在KO小鼠中,mEPSC频率相对对照降低,缺陷在P14-16和P20-22最明显,而幅度未显示显著的基因型差异。抑制性电流(mIPSC)在P20-22或成年时频率也无显著基因型差异。因此作者将效应描述为兴奋性突触形成减弱,而非所有突触的普遍丢失,并将其定位于出生后第二和第三周——此时NAc小胶质细胞密度通常升至接近成年水平的两倍。
组织蛋白质组指向突触机器
为寻找分子层面的对应变化,作者对P20-22野生型和KO小鼠显微切割的NAc组织进行LC-MS/MS蛋白质组分析,这是mEPSC频率缺陷最清晰的年龄。他们检测到超过3,700种蛋白质,其中229种(约10%)随基因型显著不同。
预期的小胶质细胞蛋白如P2ry12和Hexb在KO组织中下调,证实小胶质细胞丢失,尽管小胶质细胞仅占NAc细胞约5%。作者报告参与突触结构、跨突触信号和突触前功能的蛋白质发生变化。值得注意的是,检测到的星形胶质细胞来源促突触形成信号(Sparcl1、Gpc4、Gpc6)和若干黏附分子家族无显著差异,星形胶质细胞形态及mEPSC/mIPSC衰减动力学保持完好。作者将此解释为突触数量减少不能简单归因于星形胶质细胞或黏附支持缺失的证据,同时指出组织水平蛋白质组无法分辨每种蛋白质由哪种细胞提供。
成年突触大多恢复,行为未恢复
到2.5-3月龄时,KO与对照小鼠的mEPSC频率差异不再显著,作者将电生理变化描述为到成年时大体消退。这对解释很重要:成年行为表型并非成年突触缺陷的简单延续。
成年KO小鼠在威胁回避测试中仍有差异。在平台介导回避(PMA)任务中,小鼠在训练日接受九次声音-电击配对,在提取日接受六次无电击声音。KO小鼠在训练中表现出回避增加,论文报告成年期威胁回避行为及 underlying NAc神经元活动持续改变。任务期间NAc钙信号的纤维光度记录,以及提取后的Fos免疫染色,表明KO小鼠NAc活动改变,Fos+ NAc神经元少于对照。这些是行为与测量活动之间的关联,而非活动改变单独导致行为的证据。
第二周清除重现核心缺陷
终身KO无法说明小胶质细胞何时重要。为检验时间和区域,作者在P10向野生型小鼠NAc双侧注射氯膦酸二钠(CDS)或生理盐水,此时清除约五天后最强,即P15左右。CDS处理小鼠在P15出现大片小胶质细胞清除区,到P21小胶质细胞重新完全覆盖NAc,P21或3月龄时未见清除区。
在P20-22,CDS处理小鼠mEPSC频率降低,与KO结果一致,幅度、上升时间或衰减无显著变化。成年后,它们在高架零迷宫表现出焦虑样行为,并在PMA训练中回避增加。然而,与终身KO小鼠不同,它们在PMA提取中无差异。作者利用这一不匹配提出,KO小鼠的提取/记忆表型可能取决于成年期NAc小胶质细胞的急性缺失、不同发育窗口的缺失,或其他脑区小胶质细胞丢失。因此,瞬时实验支持第二周NAc小胶质细胞在突触形成和部分成年回避行为中的因果作用,但不支持所有KO表型。
两种清除模型共同支持什么
综合来看,两种模型区分了论文能主张和不能主张的内容。终身KO表明缺少小胶质细胞会改变NAc兴奋性突触发育和成年回避行为。瞬时、NAc局部CDS实验表明,在出生后第二周去除NAc小胶质细胞足以在P20-22减弱兴奋性突触形成,并产生部分成年回避变化,这加强了这些终点上的因果性、区域和时间窗特异性解释。
比较也划定了边界。作者指出,CDS方法涉及侵入性立体定位注射,氯膦酸可能影响血管和其他胶质细胞,且两种模型都不能精确控制小胶质细胞的功能状态。KO缺乏区域和时间特异性,而CDS清除是瞬时和局部的。论文自身的表述是,候选蛋白可能介导小胶质细胞对NAc突触形成的支持,值得专门的后续功能研究,因此蛋白质组变化是线索而非已确立的机制。
发育时间窗是关键变量
这篇论文中最具决策相关性的区别不是小胶质细胞是否存在,而是它们何时、何地缺失。终身缺失和第二周NAc清除都减弱兴奋性突触形成并改变成年回避,但只有终身KO显示提取期差异。对于比较小胶质细胞清除研究的读者,这一分歧反对将所有小胶质细胞丢失模型视为可互换,也反对假设成年突触恢复意味着成年行为恢复。
论文最强有力的主张比“小胶质细胞构建突触”的一般陈述更窄:在小鼠NAc中,小胶质细胞在出生后第二和第三周支持兴奋性突触形成,破坏这种支持与NAc回路活动和威胁回避行为的持久改变相关。相同时间窗和机制是否适用于其他脑区、其他细胞类型或人类发育,本文未作检验。
本文引用的文献
小胶质细胞调控小鼠伏隔核突触发育及威胁回避行为相关的回路功能
缺失小胶质细胞的小鼠在出生后第二和第三周伏隔核兴奋性突触形成减弱,成年电生理变化大体消退,但威胁回避行为和NAc活动持续改变;第二周瞬时清除NAc小胶质细胞可重现突触缺陷和部分成年回避效应。
