中枢神经系统的神经炎症参与众多神经退行性疾病的病理进展，如阿尔茨海默病(AD)、帕金森氏病(PD)、肌萎缩侧索硬化症（ALS）等。小胶质细胞在神经炎症中起到关键作用，最初可以抑制神经炎症进展，随后受炎症因子影响加剧炎症反应，并且与星形胶质细胞等胶质细胞相互作用，进一步加剧神经毒性。小胶质细胞谱系可以追溯到原始造血时期，故在体外重现其早期发育步骤有重要意义。
来自美国纽约SloanKetteringInstituteforCancerResearch的研究者开发了一种从人多能干细胞（hPSCs）中产生小胶质细胞的新方法，并建立了一个明确的hPSCs衍生的三重培养系统，包含hPSC衍生的小胶质细胞、星形胶质细胞和神经元，以期在体外解剖神经炎症相关的细胞变化，并用该培养系统模拟含有APPSWE+/+突变及其等基因的AD神经炎症模型。
作者发现一种在炎症条件下增加，并与突触丢失有关的蛋白质C3，在APPSWE+/+系统中增多，继而发现这是由于小胶质细胞的启动与星形胶质细胞的信号联通时产生。该研究确定了导致AD中C3增加的主要细胞因素，并为研究人类疾病中的神经炎症提供了一个广泛适用的系统。
1.hPSCs原始造血模式的研究
作者提出了一种通过刺激原始造血干细胞生成的发生将hPSCs分化为小胶质细胞前体的新策略（图1a）。作者激活和抑制WNT信号促进KDR+（KDR阳性，下同）、CD235A+原始造血干细胞的产生，WNT信号抑制限制在WNT激活后18-24小时内，是非常狭窄的发育时间窗口，可以有效地产生KDR+CD235A+的细胞群体（图1b）。
在分化第10天，KDR+CD235A+的造血细胞产生了41%的CD45+细胞，这个群体后来形成了小胶质细胞。同时作者发现KDR+CD235A+细胞不需要纯化就能产生造血细胞(图1d)，从而简化了分化过程。在分化的第10天，几乎60%的细胞具有造血特性，在造血内皮细胞上方形成半悬浮的漂浮细胞群。
图1hPSCs原始造血模式的研究
分化的第6天和第10天进行了单细胞RNA测序，以充分表征产生细胞的异质性。数据表明，血源性内皮细胞和原始红骨髓祖细胞（EMPs）分化潜能最高，成熟的造血细胞潜能最低。此外，CDX4(造血标志物)高表达，表明造血细胞属于原始造血谱系。
3.分化小胶质细胞的两种方法
为了获得更加纯净和均一的小胶质细胞群，作者开发了第二种策略，从祖细胞阶段成熟小胶质细胞，而不进行共培养(图2A(II))。第10天取大量造血细胞悬液，然后暴露于有血清培养基(RPMI+10%血清，添加IL-34和M-CSF)或在无血清条件下(IMDM/F12，添加IL-34和M-CSF)培养7-11天。
培养第4天，一半的细胞已经过渡到原始巨噬细胞阶段，50-60%的细胞表达CD11b(成熟巨噬细胞/小胶质细胞标记物)。培养11天时，近99%的细胞表达CD11b，85%以上的细胞表达CX3CR1(图2e)。在这个阶段，所有的细胞都是贴壁的，呈伸长形态。
相反，在相同培养条件下平行成熟的原代人外周血单核细胞(PBMC)表达CD11b，但大部分不表达CX3CR1（图2e)。此方案在多个hPSCs细胞系中具有高重复性。最后，作者评估了这两种方法产生的细胞，在转录和功能上更类似于原代人类小胶质细胞。
图2骨髓间充质干细胞分化为小胶质细胞的两种方法
4.模拟小胶质细胞和星形胶质细胞之间的连锁以及补体C3的增加
hPSC衍生的三重培养体系由小胶质细胞、星形胶质细胞和皮质神经元组成(图3a)。初始培养时每种细胞类型的最佳比例为2：1：8。培养1周后，细胞比例趋于稳定，小胶质细胞数量减少，未全部贴壁，星形胶质细胞数量因增殖而增加，最终细胞比例接近1：11：20。培养1周后，可见小胶质细胞分支和许多星形胶质细胞突起与神经元相互作用(图4E)，三种细胞存活良好(图3F)。
作者用脂多糖(LPS)刺激该系统，以药理学方式模拟神经炎状态，测试了培养系统能否重现小胶质细胞、星形胶质细胞和神经元存在的神经炎性轴线。数据显示，小胶质细胞和星形胶质细胞同时存在的情况下，C3分泌而增强(图3g)。
LPS处理后，C3在所有含有小胶质细胞的培养物中都有增加，但在三细胞培养系统中大大增强(图3g)，同时排除了C3水平升高是小胶质细胞数量增加所致。小胶质细胞必须表达C3才能在系统中有效地诱导星形胶质细胞分泌C3(图3h)。
结果指出，APPSWE+/+神经元参与了一个炎症循环，触发小胶质细胞诱导与星形胶质细胞的相互信号。
图3三细胞培养系统模拟神经炎症轴
总结与展望
该培养系统能够剖析多细胞组分的串扰，并能够研究在LPS刺激下补体C3产生增加的机制，以及在AD病理中的机制。这项技术对于研究AD或其他神经退行性疾病相关的神经炎症途径具有很好的应用价值，有助于开发定向的、针对细胞类型的治疗策略。
同时，该三层培养系统可以用于筛选针对小胶质细胞、星形胶质细胞和神经元之间的相互作用的化合物，用于发现治疗阿尔茨海默病或其他神经退行性疾病的新方法。
:hover{text-decoration:none;}/*pc样式*/.pgc-card{box-sizing:border-box;height:164px;border:1pxsolide8e8e8;height:120px;position:absolute;right:76px;top:20px;}.pgc-cover{position:absolute;width:162px;height:162px;top:0;left:0;background-size:cover;}.pgc-content{overflow:hidden;position:relative;top:50%;-webkit-transform:translateY(-50%);transform:translateY(-50%);}.pgc-content-title{font-size:18px;color:444;overflow:hidden;text-overflow:ellipsis;padding-top:9px;overflow:hidden;line-height:1.2em;display:-webkit-inline-box;-webkit-line-clamp:2;-webkit-box-orient:vertical;}.pgc-content-price{font-size:22px;color:406599;font-size:14px;text-align:center;}.pgc-buy-text{padding-top:10px;}.pgc-icon-buy{height:23px;width:20px;display:inline-block;background:url();}人类发展的认知神经科学心理学(英)米歇尔·德·哈恩(MichelleDeHaan)，(英)马
￥38.3
购买
参考文献：
1.Tchieu,,267–275(2019)
2.Ginhoux,,841–845(2010).
3.Bohlen,,,759–773(2017）
编译作者：原代美少女(Brainnews创作团队)
校审：胖兔子可可(Brainnews编辑部)
本文由brainnews团队原创编译，转载请联系授权。
