撰文 | Qi
脑中包含两个主要的巨噬细胞群，即小胶质细胞和边界相关巨噬细胞
(
BAM
)
，各自在大脑稳态和免疫防御中发挥着不同的作用。小胶质细胞是脑中最丰富的髓样细胞群，在胚胎发生过程中卵黄囊
(
YS
)
造血期产生，并在E9.5-10.5渗入脑原基。BAMs位于脑中的硬脑膜、软脑膜、血管周围淋巴间隙
（VR间隙）
和脉络丛等部位，也同样源于YS祖细胞。虽然胚胎来源的血管周围和硬膜下巨噬细胞随时间推移表现稳定，但脉络丛和硬脑膜中的巨噬细胞在循环单核细胞的介导下会经历快速更新
【1, 2】
。
为了揭示胚胎和骨髓来源的脑巨噬细胞的不同特征，2023年2月14日，来自华盛顿大学医学院的Marco Colonna等团队在Immunity杂志上合作发表了一篇题为
A Cre-deleter specific for embryo-derived brain macrophages reveals distinct features of microglia and border macrophages
的文章，他们生成了一个由小胶质细胞特征基因Crybb1控制的组成型Cre，确认了该基因在围产期的胚胎脑巨噬细胞
（小胶质细胞和边界相关巨噬细胞[BAM]）
中几乎完全重组。将此工具与Flt3-Cre谱系示踪剂、scRNA-seq分析和共聚焦成像结合使用，解决了小鼠皮层中胚胎衍生与单核细胞衍生的BAMs。
使用Crybb1-Cre删除小胶质细胞和胚胎衍生BAM中的转录因子SMAD4会导致小胶质细胞发育停滞，从而获得BAM特征。相比之下，真正的BAM的发育不受影响，强调了SMAD4驱动的转录和表观遗传程序对于小胶质细胞命运决定而言的必要性。
已知Crybb1是胶质细胞特征基因，为了评估Crybb1表达，作者构建了Crybb1-tdTomato报告小鼠，Iba1+小胶质细胞显示出均匀的tdTomato表达，而CD206+ BAM中却没有。作者在胚胎时期及哺乳期的多个时间点检测两种细胞中Crybb1表达，在Crybb1-Cre小鼠E10.5的两种细胞群体中均未发现tdTomato+ 细胞，但小胶质细胞的信号从E13.5开始急剧增加，而tdTomato+ BAM细胞的数量在胚胎晚期达到顶峰并随时间减少，说明胚胎衍生的脑巨噬细胞在E13.5后一段时间高度表达。为了深入了解脑BAM的表型多样性，作者使用10x Genomics对脑巨噬细胞进行scRNA-seq分析，发现分别表达CD38或MHC2的两个子集。那么这些表型在神经变性中是否受到影响以及两个子集是否有不同来源呢？
为此，作者通过scRNA-seq分析了8月龄5xFAD小鼠模型
（淀粉样蛋白病理特征）
的小胶质细胞和BAMs，已知小胶质细胞表现出疾病
（斑块）
相关小胶质细胞
（DAMs）
的转路特征，但BAMs的变化很小。为了确认BAM不同子集的来源，作者用Flt3-Cre:R26-Yfp命运映射器追踪骨髓衍生的免疫细胞，BAM中的YFP表达反映了单核细胞起源，作者进一步用Crybb1-Cre:R26-tdTomato或Flt3-Cre:R26-Yfp分析BAMs，CD38+ BAM与Crybb1-Cre的重组频率最高，与Flt3-Cre的重组频率低，相反，MHC2+ BAMs和单核细胞的Crybb1-Cre靶向性较差，但被Flt3-Cre有效靶向。这些数据表明Crybb1-Cre有效靶向胚胎衍生的 BAM，但不是单核细胞衍生的BAM。
之前的工作指出TGF-β对于塑造小胶质细胞特征的重要性，而SMAD4复合物调节TGF-β反应基因的表观遗传修饰和转录，然而，小胶质细胞的表型成熟是否通过SMAD4依赖性途径发生尚不清楚。为了证明这点，作者将Crybb1-Cre小鼠与Smad4F/F小鼠杂交，从而生成小胶质细胞和胚胎BAM特异性的Smad4 cKO小鼠，分离细胞进行scRNA-seq分析，结果表明Smad4 cKO小鼠的小胶质细胞存在广泛的转录差异，而 BAM 和单核细胞仅略有差异受影响，需要注意的是，小胶质细胞标志基因明显下调而BAM特征基因上调。与此同时，作者对scRNA-seq分析的相同细胞执行scATAC-seq，结果显示SMAD4 缺失仅重塑了小胶质细胞中的染色质景观，且缺少SMAD4会增加对包含多个MAF家族转录因子结合位点的基因组位点的可及性，但这一改变是否驱动SMAD4缺陷小胶质细胞中的BAM样特征应在未来的研究中进行评估。
除了小胶质细胞中广泛表型变化外，作者还在Smad4 cKO小鼠中观察到星形胶质细胞增生，提示小胶质细胞中的SMAD4缺失可能以细胞外方式扰乱CNS微环境，于是作者进行了一系列行为测试以评估这些小鼠的基础运动和探索活动、运动学习和记忆技能。与对照相比，Smad4 cKO小鼠在旷场试验中表现出略微增加的运动活性，高家十字迷宫的探索行为也有所增加，在加速转棒实验中两组无差异，说明SMAD4缺失不会损害小鼠的运动能力。然而，在Morris水迷宫中，Smad4 cKO小鼠表现出学习曲线延迟且记忆功能显著受损，未来还需要进一步研究来确定SMAD4缺陷小胶质细胞是否会改变生理性大脑布线或突触活动。总之，
这项工作确定了脑内BAMs的不同来源，并强调了SMAD4对于小胶质细胞命运而言至关重要的作用。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.immuni.2023.01.028
制版人：十一
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