一、小膠質(zhì)細(xì)胞在發(fā)育中人腦的獨(dú)特分布特征
首先對(duì)妊娠中期至產(chǎn)后早期的人腦樣本開展免疫組化分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：小膠質(zhì)細(xì)胞在內(nèi)側(cè)神經(jīng)節(jié)隆起（MGE） 的內(nèi)、外室管膜下區(qū)（iSVZ/oSVZ）呈現(xiàn)明顯富集狀態(tài)，且這種富集在富含 DCX + 神經(jīng)母細(xì)胞的 “巢狀結(jié)構(gòu)”（DENs）外圍尤為顯著 —— 而上述 iSVZ/oSVZ 區(qū)域，正是 GABA 能神經(jīng)元持續(xù)增殖的關(guān)鍵功能區(qū)。
進(jìn)一步的三維重建結(jié)果顯示，小膠質(zhì)細(xì)胞與 Ki-67 + 增殖細(xì)胞存在緊密的空間相鄰關(guān)系；更關(guān)鍵的是，細(xì)胞分布密度分析表明，距離小膠質(zhì)細(xì)胞越近的區(qū)域，Ki-67 + 增殖細(xì)胞的比例越高，暗示兩者可能存在功能層面的調(diào)控關(guān)聯(lián)。
值得關(guān)注的是，該分布模式在物種間存在顯著差異：在小鼠的 MGE 中，小膠質(zhì)細(xì)胞主要集中分布于心室區(qū)（VZ），而非人腦中的 SVZ 區(qū)域。這一物種特異性差異提示，小膠質(zhì)細(xì)胞在神經(jīng)發(fā)生過程中的調(diào)控作用可能具有物種依賴性，不能簡(jiǎn)單通過小鼠模型直接推導(dǎo)至人類。
圖2 小膠質(zhì)細(xì)胞在發(fā)育中人MGE中的分布及其與增殖細(xì)胞的空間關(guān)系
二、單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組解析：IGF1–IGF1R 信號(hào)通路為小膠質(zhì)細(xì)胞與神經(jīng)前體細(xì)胞的關(guān)鍵通信媒介
為闡明小膠質(zhì)細(xì)胞與神經(jīng)前體細(xì)胞間的細(xì)胞通信機(jī)制，研究者對(duì)覆蓋胚胎晚期至產(chǎn)后早期階段的 6 例人腦樣本開展單核 RNA 測(cè)序（snRNA-seq）。借助 CellChat 數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行細(xì)胞間相互作用預(yù)測(cè)，結(jié)果顯示 ——IGF1–IGF1R 配體 - 受體對(duì)在小膠質(zhì)細(xì)胞與神經(jīng)前體細(xì)胞的潛在通信關(guān)系中，表現(xiàn)出最顯著的關(guān)聯(lián)性，提示其可能是兩者間的核心信號(hào)傳遞通路。
進(jìn)一步的表達(dá)模式分析揭示了該通路的時(shí)空特異性特征：
1、配體 IGF1 的表達(dá)動(dòng)態(tài)：胚胎期時(shí)，IGF1 主要由小膠質(zhì)細(xì)胞負(fù)責(zé)表達(dá)；進(jìn)入圍產(chǎn)期后，其表達(dá)主體則轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒熘虚g神經(jīng)元，呈現(xiàn)明顯的發(fā)育階段依賴性轉(zhuǎn)換。
2、受體 IGF1R 的表達(dá)分布：IGF1R 在神經(jīng)前體細(xì)胞及年輕中間神經(jīng)元中均維持高表達(dá)水平，為接收 IGF1 信號(hào)提供了分子基礎(chǔ)。
免疫組化實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了上述轉(zhuǎn)錄組結(jié)果：在妊娠 22–25 周的內(nèi)側(cè)神經(jīng)節(jié)隆起（MGE）區(qū)域，IGF1 蛋白僅特異性定位于小膠質(zhì)細(xì)胞，而 IGF1R 則廣泛分布于神經(jīng)前體細(xì)胞表面，從蛋白水平證實(shí)了該信號(hào)通路在兩類細(xì)胞間的定向作用模式。
圖3 人腦發(fā)育單核轉(zhuǎn)錄組測(cè)序與細(xì)胞通訊分析
三、類器官模型驗(yàn)證：小膠質(zhì)細(xì)胞通過 IGF1 信號(hào)通路促進(jìn)神經(jīng)發(fā)生
為從功能層面驗(yàn)證 IGF1–IGF1R 通路在小膠質(zhì)細(xì)胞調(diào)控神經(jīng)發(fā)生中的作用，構(gòu)建了人多能干細(xì)胞（hPSC）來源的內(nèi)側(cè)神經(jīng)節(jié)隆起類器官（MGEOs），并向其移植人胚胎干細(xì)胞（hESC）誘導(dǎo)分化的小膠質(zhì)細(xì)胞（iMG），成功建立 “神經(jīng) - 免疫共培養(yǎng)類器官” 模型。通過該模型的系列檢測(cè)，明確了小膠質(zhì)細(xì)胞依賴 IGF1 促進(jìn)神經(jīng)發(fā)生的核心機(jī)制，具體結(jié)果如下：
1、iMG 促進(jìn)神經(jīng)前體細(xì)胞增殖：與未移植 iMG 的 MGEOs 相比，移植組類器官中，Ki-67+（增殖標(biāo)志物）與 NKX2.1+（MGE 神經(jīng)前體細(xì)胞特異性標(biāo)志物）雙陽性細(xì)胞數(shù)量顯著增多，表明 iMG 可直接推動(dòng)神經(jīng)前體細(xì)胞的增殖過程。
2、iMG 提升成熟中間神經(jīng)元數(shù)量：檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，移植 iMG 后，類器官中 GAD67+（GABA 能神經(jīng)元標(biāo)志物）與 NeuN+（成熟神經(jīng)元標(biāo)志物）雙陽性細(xì)胞比例明顯升高，說明 iMG 不僅促進(jìn)神經(jīng)前體細(xì)胞增殖，還能支持其向成熟中間神經(jīng)元分化。
3、iMG 調(diào)控關(guān)鍵通路表達(dá)：轉(zhuǎn)錄組分析顯示，iMG 移植后，類器官中細(xì)胞周期相關(guān)通路（如 Cyclin D1、RRM2、MCM3 等核心基因）顯著上調(diào)，為細(xì)胞增殖提供分子基礎(chǔ)；同時(shí)氧化應(yīng)激相關(guān)通路表達(dá)下調(diào)，提示 iMG 可能通過抑制氧化損傷維持神經(jīng)細(xì)胞存活。
4、IGF1 是 iMG 促神經(jīng)發(fā)生的關(guān)鍵因子：當(dāng)使用 IGF1 中和抗體阻斷內(nèi)源性 IGF1 功能，或移植 IGF1 基因敲除（IGF1-KO）的 iMG 時(shí)，上述 “促增殖、促分化” 效應(yīng)完全消失，證明 iMG 的作用依賴 IGF1 的表達(dá)與分泌。
5、IGF1 通過 IGF1R 發(fā)揮作用：外源添加重組 IGF1 蛋白，可恢復(fù) IGF1-KO iMG 移植組的神經(jīng)發(fā)生缺陷；而使用 IGF1R 抑制劑處理，則能完全阻斷正常 iMG 對(duì)神經(jīng)前體細(xì)胞的促增殖作用，進(jìn)一步證實(shí)信號(hào)通過 IGF1–IGF1R 通路定向傳遞。
圖4 類器官模型證明小膠質(zhì)細(xì)胞促進(jìn)MGE增殖和中間神經(jīng)元生成
圖5 功能獲得與缺失實(shí)驗(yàn)證實(shí)小膠質(zhì)細(xì)胞通過IGF1發(fā)揮功能
四、物種特異性驗(yàn)證：小膠質(zhì)細(xì)胞 IGF1 調(diào)控神經(jīng)發(fā)生或?yàn)槿祟愄赜袡C(jī)制
進(jìn)一步通過小鼠模型驗(yàn)證該機(jī)制的物種差異性，結(jié)果顯示：在小鼠內(nèi)側(cè)神經(jīng)節(jié)隆起（MGE）區(qū)域的小膠質(zhì)細(xì)胞中，IGF1 幾乎不表達(dá)；更關(guān)鍵的是，對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞進(jìn)行特異性 Igf1 基因敲除后，小鼠胚胎期 MGE 內(nèi)神經(jīng)前體細(xì)胞的增殖水平未出現(xiàn)明顯變化 —— 這與人類中 “小膠質(zhì)細(xì)胞通過 IGF1 促進(jìn) MGE 區(qū)域神經(jīng)發(fā)生” 的核心發(fā)現(xiàn)形成鮮明對(duì)比。
這一物種特異性差異提示，小膠質(zhì)細(xì)胞依賴 IGF1 調(diào)控神經(jīng)發(fā)生的機(jī)制可能為人類特有。結(jié)合進(jìn)化視角推測(cè)，該特有機(jī)制或許與人類大腦皮層的顯著擴(kuò)張、以及 GABA 能中間神經(jīng)元數(shù)量的大幅增加密切相關(guān)，為人類大腦發(fā)育的物種特異性特征提供了新的分子機(jī)制解釋。
圖6 小鼠微膠質(zhì)細(xì)胞IGF1表達(dá)模式及基因敲除驗(yàn)證
五、研究意義與未來展望
該研究兼具機(jī)制突破與技術(shù)創(chuàng)新的雙重價(jià)值：
一方面，它首次揭示了小膠質(zhì)細(xì)胞在人類大腦發(fā)育中 “調(diào)控神經(jīng)發(fā)生” 的全新功能 —— 打破了以往對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞僅聚焦于免疫防御或神經(jīng)損傷修復(fù)的認(rèn)知，為理解人類大腦特異性發(fā)育機(jī)制補(bǔ)充了關(guān)鍵的 “神經(jīng) - 免疫互作” 視角；
另一方面，研究構(gòu)建了首個(gè)可模擬小膠質(zhì)細(xì)胞與神經(jīng)前體細(xì)胞動(dòng)態(tài)互作的 “神經(jīng)免疫類器官模型”，該模型克服了傳統(tǒng)動(dòng)物模型的物種差異局限及人腦樣本的獲取難題，為后續(xù)解析人腦發(fā)育關(guān)鍵過程、探索神經(jīng)發(fā)育疾�。ㄈ缱蚤]癥、精神分裂癥）的發(fā)病機(jī)制，提供了更貼近人類生理狀態(tài)的研究工具。
未來，基于該模型與已發(fā)現(xiàn)的 IGF1–IGF1R 通路，可進(jìn)一步探索小膠質(zhì)細(xì)胞異常調(diào)控神經(jīng)發(fā)生與神經(jīng)發(fā)育疾病的關(guān)聯(lián)，或?yàn)橄嚓P(guān)疾病的早期干預(yù)提供新的分子靶點(diǎn)與研究范式。
參開文獻(xiàn)：Yu, Diankun et al. “Microglia regulate GABAergic neurogenesis in prenatal human brain through IGF1.” Nature vol. 646,8085 (2025): 676-686. doi:10.1038/s41586-025-09362-8IF: 48.5 Q1
樂備實(shí)是國(guó)內(nèi)專注于提供高質(zhì)量蛋白檢測(cè)以及組學(xué)分析服務(wù)的實(shí)驗(yàn)服務(wù)專家，自2018年成立以來，樂備實(shí)不斷尋求突破，公司的服務(wù)技術(shù)平臺(tái)已擴(kuò)展到單細(xì)胞測(cè)序、空間多組學(xué)、流式檢測(cè)、超敏電化學(xué)發(fā)光、Luminex多因子檢測(cè)、抗體芯片、PCR Array、ELISA、Elispot、PLA蛋白互作、多色免疫組化、DSP空間多組學(xué)等30多個(gè)，建立起了一套涵蓋基因、蛋白、細(xì)胞以及組織水平實(shí)驗(yàn)的完整檢測(cè)體系。
我們可提供從樣本運(yùn)輸、儲(chǔ)存管理、樣本制備、樣本檢測(cè)到檢測(cè)數(shù)據(jù)分析的全流程服務(wù)。憑借嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)室管理流程、標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)室操作、原始數(shù)據(jù)儲(chǔ)存體系以及實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目管理系統(tǒng)，已經(jīng)為超過3000家客戶單位提供服務(wù)，年檢測(cè)樣本超過100萬，受到了廣大客戶的信任與支持。
圖1 研究機(jī)制
