Nat Comms | 复旦彭勃团队展现小胶质细胞碎片的扫除机制
供稿：彭勃团队
一、小胶质细胞的碎片扫除是主要且被忽视的生物学历程
小胶质细胞是中枢神经系统（CNS）内主要的免疫细胞，，，，在CNS发育、稳态维持和神经退行性病变等多个心理和病理历程中起要害作用。。。。 。。作为CNS内的专业吞噬细胞，，，，小胶质细胞通过吞噬作用（phagocytosis）肩负着扫除殒命细胞碎片、树突棘、细胞外基质和入侵病原体等功效1-6。。。。 。。当细胞碎片不可被实时扫除时，，，，将引起CNS功效杂乱，，，，包括炎症水平的上升等7,8。。。。 。。因此，，，，小胶质细胞的高效吞噬能力关于维持CNS稳态和功效至关主要1-3,6。。。。 。。
然而，，，，差别于在成年后可终生维持的神经细胞，，，，小胶质细胞在机体的全生命周期内一连性举行细胞更替（turnover）。。。。 。。在此历程中，，，，朽迈的小胶质细胞殒命陪同着新生小胶质细胞的再生9-13。。。。 。。小胶质细胞通过自我更新（self-renewal）的方法再生，，，，并且与朽迈细胞的殒命相偶联，，，，从而维持小胶质细胞数目的稳固14。。。。 。。在稳态情形下，，，，人和小鼠每年有约30%的小胶质细胞爆发更替13,15。。。。 。。；欢灾，，，正常的脑内每年有快要三分之一的小胶质细胞殒命。。。。 。。在疾病状态下，，，，小胶质细胞的更替速率则更快15,16。。。。 。。若是殒命小胶质细胞所爆发的碎片不可实时被扫除，，，，其将会在脑内大宗积累引起CNS的功效杂乱，，，，以及加速神经退行性病变的病理历程7,8。。。。 。。别的，，，，近年来研究发明通过抑制集落刺激因子1受体（CSF1R）等方法可在短时间内快速杀死脑内凌驾99%的小胶质细胞。。。。 。。然而，，，，在此历程中并未陪同大宗的细胞碎片群集，，，，且检测不到炎症反应17-20。。。。 。。由此可见，，，，机体内保存高效的扫除殒命小胶质细胞碎片的机制。。。。 。。因此，，，，研究小胶质细胞碎片怎样被扫除对明确CNS的稳态维持和神经退行性病变机理至关主要。。。。 。。
领域内关于小胶质细胞碎片扫除的途径和机理研究却被恒久忽视，，，，主要由于三个缘故原由：
01 小胶质细胞自身肩负着专业吞噬细胞角色，，，，研究职员通常将关注点集中在小胶质细胞怎样吞噬其他类型细胞殒命后爆发的碎片，，，，而忽视了小胶质细胞自己殒命后的碎片怎样被扫除。。。。 。。
02 小胶质细胞更替所爆发的细胞碎片若不可被扫除，，，，长时间积累会爆发大宗的碎片累积。。。。 。。但在稳态情形下，，，，小胶质细胞的实时更替速率相对较慢，，，，天天仅有约0.1%的小胶质细胞殒命13,15。。。。 。。较低的小胶质细胞实时殒命速率使得脑内的小胶质细胞碎片较少，，，，未便于对吞噬小胶质细胞碎片的细胞类型举行筛选和研究。。。。 。。
03 人们推测小胶质细胞的碎片可能是由小胶质细胞的吞噬作用举行整理。。。。 。。然而，，，，小胶质细胞碎片携带正常小胶质细胞的分子标记物（如IBA1和CX3CR1等），，，，难以通过古板的在体实验要领区分小胶质细胞内吞噬的同类型细胞碎片。。。。 。。由于这三个主要缘故原由，，，，领域内对小胶质细胞碎片扫除这一主要生物学历程的研究被恒久忽视。。。。 。。
复旦大学彭勃团队恒久专注于小胶质细胞更替的研究。。。。 。。该团队前期系列研究事情剖析了小胶质细胞在更替历程中新生小胶质细胞的起源和迁徙机制（图1）（Nature Neuroscience, 2018和Cell Discovery, 2018）17,20，，，，并以此为基础开发了3种差别的小胶质细胞替换战略（图1）（Cell Reports, 2020）21，，，，为神经系统疾病提供了新的治疗思绪和可临床实现的计划。。。。 。。别的，，，，该团队进一步发明NeuroD1可通过BCL2途径介导小胶质细胞凋亡，，，，提出可使用该途径作为分子开关（switch-off control），，，，增强小胶质细胞替换疗法的清静性（Neuron, 2021）（图1）22。。。。 。。该团队在其前期研究的基础上，，，，使用多种研究手段，，，，进一步探讨了小胶质细胞在更替历程中殒命细胞碎片的扫除机制。。。。 。。该研究效果以Microglial debris is cleared by astrocytes via C4b-facilitated phagocytosis and degraded via RUBICON-dependent noncanonical autophagy in mice为题揭晓在Nature Communications上（图1-2）（Nature Communications, 2022）23。。。。 。。
图1 彭勃团队近年来围绕小胶质细胞更替取得的学术效果。。。。 。。
由于在心理情形下，，，，小胶质细胞的更替速率较慢，，，，爆发的小胶质细胞碎片很少，，，，倒运于对执行碎片吞噬功效的细胞类型举行筛选和视察。。。。 。。因此，，，，彭勃团队首先通过CSF1R抑制剂PLX5622杀死脑内的小胶质细胞，，，，以在短时间内爆发大宗细胞碎片的方法对中枢神经系统内的主要细胞类型（含星形胶质细胞、Mu?ller胶质细胞、少突胶质细胞及其前体细胞、周细胞、平滑肌细胞、神经元细胞、神经干细胞、CNS巨噬细胞）举行视察和筛选。。。。 。。该团队发明，，，，仅有星形胶质细胞（脑、视网膜和脊髓）和Mu?ller胶质细胞（视网膜内特有的一类胶质细胞）在此时体现出对小胶质细胞碎片的吞噬能力。。。。 。。进一步，，，，研究职员通过视察星形胶质细胞在稳态和疾病状态下，，，，对自然更替下爆发的小胶质细胞碎片的吞噬情形，，，，发明其吞噬速率与差别区域小胶质细胞更替速率成正相关，，，，证实星形胶质细胞对小胶质细胞碎片的吞噬作用具有主要的心理和病理意义。。。。 。。
下一步，，，，研究团队通过低浓度他莫昔芬对P2Y12-CreER-GFP::Ai14和CX3CR1-CreER::Ai14举行希罕标记，，，，以此为要领探索小胶质细胞作为脑内专业吞噬细胞，，，，是否能扫除同类型细胞殒命后所爆发的细胞碎片。。。。 。。该团队发明，，，，在体内条件下，，，，小胶质细胞不可吞噬殒命小胶质细胞所爆发的的碎片（无论在稳态照旧人为诱导爆发小胶质细胞碎片的情形下）。。。。 。。随后，，，，该团队通过体外实验，，，，发明小胶质细胞具备吞噬同类型细胞碎片的能力。。。。 。。然而，，，，由于在体内条件下的距离依赖性竞争，，，，使得在体内条件下，，，，该历程不会爆发。。。。 。。因此，，，，该团队证实晰脑内的小胶质细胞碎片由星形胶质细胞认真扫除（图2）。。。。 。。
进一步，，，，该团队探索了星形胶质细胞吞噬和降解小胶质细胞碎片的机制，，，，发明补体C4b能增进星形胶质细胞对小胶质细胞碎片的吞噬作用。。。。 。。而在星形胶质细胞体内，，，，小胶质细胞碎片通过RUBICON依赖的非经典自噬途径（又称为LC3相关胞吞作用）举行降解（图2）。。。。 。。
图2 小胶质细胞碎片的扫除机制示意图。。。。 。。
图3 星形胶质细胞和Mu?ller胶质细胞在大快朵颐吃暖锅（小胶质细胞碎片）。。。。 。。
复旦大学彭勃教授是本论文的通讯作者，，，，团队周添博士为第一作者。。。。 。。本研究获得了复旦大学/浙江大学段树民院士、南方医科大学高天明院士、西岳医院毛颖院长、复旦大学饶艳霞教授、华东师大李鼎力大举教授、上海交大隶属精神卫生中心袁逖飞教授、南昌大学彭吉云教授、锦州医科大学梅晰凡教授、南科大姬生健教授，，，，以及复旦大学舒友生教授、郭特殊教授和陆巍教授等学者的资助。。。。 。。该论文在中国脑妄想重大项目、国家自然科学基金优青/面上项目、教育部科技领武士才团队、上海市基础研究学术特区、上海市优异学术带动人等项目的资助下完成。。。。 。。论文全文https://www.nature.com/articles/s41467-022-33932-3。。。。 。。
彭勃课题组现在有青年研究员（教授）、青年副研究员（副教授）和博士后的岗位，，，，接待对科研充满热情且胸怀学术理想的科研职员/同砚加入。。。。 。。申请人请将一份详细的小我私家完整简历（中英文皆可）通过电子邮件发送至peng@fudan.edu.cn，，，，邮件问题请注明姓名+应聘职位。。。。 。。青年副研究员（副教授）和博士后应聘者请提供2~3位推荐人的联系方法。。。。 。。
UG环球生物有幸为研究者提供实验中使用的AAV载体（pAAV-GfaABC1D-mCherry-mir30Rubcn shRNA-WPRE和pAAV-GfaABC1D-mCherry-scramble-WPRE），，，，助力神经科学研究！
通讯作者彭勃教授先容：
国家优青，，，，科技立异2030脑科学与类脑研究（中国脑妄想）重大项目首席科学家，，，，教育部科技领武士才团队认真人、上海市优异学术带动人（青年），，，，博士生导师，，，，脑科学转化研究院院长助理。。。。 。。2004至2008年就读于华中科技大学生物手艺专业，，，，获学士学位。。。。 。。2008至2011年在中国科学院神经科学研究所学习神经生物学。。。。 。。2015年结业于香港大学，，，，获博士学位。。。。 。。2015年12月，，，，在中国科学院深圳先进手艺研究院组建自力的神经免疫学实验室，，，，担当课题组长（PI）。。。。 。。2019年9月加入复旦大学。。。。 。。
彭勃课题组主要关注中枢神经系统内小胶质细胞的更替（包括细胞的朽迈、殒命和再生等）、细胞重编程，，，，以及在多种神经退行性病变中以小胶质细胞替换/移植为思绪开展干预和治疗的全新战略。。。。 。。别的，，，，课题组关注小胶质细胞在中枢神经系统稳态维持中的相关机理。。。。 。。自课题组建设以来，，，，主要效果以通讯作者揭晓在Nature Neuroscience, Neuron, Cell Reports, Nature Communications, eLife和Cell Discovery等主要刊物上。。。。 。。彭勃课题组的研究事情入选Nature Reviews Immunology评选的2018年度神经免疫学希望（Year In Review: Neuroimmunology 2018），，，，全球共5个事情入选。。。。 。。自2020年起，，，，彭勃被ELSEVIER（爱思唯尔）一连评为中国高被引学者。。。。 。。别的，，，，彭勃在包括Nature Neuroscience和Nature Aging在内的多个主要学术刊物担当特邀审稿人。。。。 。。
附：彭勃课题组近四年揭晓的代表性论文
(1) Rao Y.*, Du S., Yang B., Wang Y., Li Y., Li R., Zhou T., Du X., He Y., Wang Y., Zhou X., Yuan T.-F.*, Mao Y.* and Peng B.* (2021) NeuroD1 induces microglial apoptosis and cannot induce microglia-to-neuron cross-lineage reprogramming, Neuron, 109.
(2) Huang Y.#, Xu, Z.#, Xiong S., Sun F., Qin G., Hu G., Wang J., Zhao L., Liang Y.-X., Wu T., Lu Z., Humayun M.S., So K.-F., Pan Y., Li N., Yuan T.-F.*, Rao Y.* and Peng B.* (2018). Repopulated microglia are solely derived from the proliferation of residual microglia after acute depletion. Nature Neuroscience 21, 530-540.
(3) Xu Z.#, Rao Y.#, Huang Y., Zhou T., Feng R., Xiong S., Yuan T.F., Qin S., Lu Y., Zhou X., Li X., Qin B., Mao Y., and Peng B.* (2020). Efficient strategies for microglia replacement in the central nervous system. Cell Reports 32, 108041.
(4) Huang Y.#, Xu Z.#, Xiong S., Qin G., Sun F., Yang J., Yuan T.F., Zhao L., Wang K., Liang Y.X., Fu L., Wu T., Lu Z., So K.F., Rao Y.* and Peng B.* (2018) Dual origins of retinal microglia in the model of microglia repopulation. Cell Discovery 4, 9.
(5) Zhou T., Li Y., Li X., Zeng F., Rao Y., He Y., Wang Y., Liu M., Li D., Xu Z., Zhou X., Du S., Niu F., Peng J., Mei X., Ji S.-J., Shu Y., Lu W., Guo F., Wu T., Yuan T.-F., Mao Y. and Peng B.* (2022) Microglial debris is cleared by astrocytes via C4b-facilitated phagocytosis and degraded via RUBICON-dependent noncanonical autophagy in mice. Nature Communications.
(6) Niu F., Han P., Zhang J., She Y., Yang L., Yu J., Zhuang M., Tang K., Shi Y., Yang B., Liu C., Peng B.* and Ji S.-J.* (2022) The m6A reader YTHDF2 is a negative regulator for dendrite development and maintenance of retinal ganglion cells. eLife 11, e75827.
参考文献
1. Pluvinage, J.V. et al. CD22 blockade restores homeostatic microglial phagocytosis in ageing brains. Nature 568, 187-192 (2019).
2. Merlini, M. et al. Fibrinogen Induces Microglia-Mediated Spine Elimination and Cognitive Impairment in an Alzheimer's Disease Model. Neuron 101, 1099-1108.e6 (2019).
3. Filipello, F. et al. The Microglial Innate Immune Receptor TREM2 Is Required for Synapse Elimination and Normal Brain Connectivity. Immunity 48, 979-991 e8 (2018).
4. Hong, S. et al. Complement and microglia mediate early synapse loss in Alzheimer mouse models. Science 352, 712-716 (2016).
5. VanRyzin, J.W. et al. Microglial Phagocytosis of Newborn Cells Is Induced by Endocannabinoids and Sculpts Sex Differences in Juvenile Rat Social Play. Neuron 102, 435-449 e6 (2019).
6. Sierra, A. et al. Microglia shape adult hippocampal neurogenesis through apoptosis-coupled phagocytosis. Cell Stem Cell 7, 483-95 (2010).
7. Berglund, R. et al. Microglial autophagy–associated phagocytosis is essential for recovery from neuroinflammation. Science Immunology 5, eabb5077 (2020).
8. Zhou, T. et al. Microvascular endothelial cells engulf myelin debris and promote macrophage recruitment and fibrosis after neural injury. Nat Neurosci 22, 421-435 (2019).
9. Goldmann, T. et al. Origin, fate and dynamics of macrophages at central nervous system interfaces. Nat Immunol 17, 797-805 (2016).
10. Ajami, B., Bennett, J.L., Krieger, C., Tetzlaff, W. & Rossi, F.M. Local self-renewal can sustain CNS microglia maintenance and function throughout adult life. Nat Neurosci 10, 1538-43 (2007).
11. Ginhoux, F. & Garel, S. The mysterious origins of microglia. Nat Neurosci 21, 897-899 (2018).
12. Mildner, A. et al. Microglia in the adult brain arise from Ly-6ChiCCR2+ monocytes only under defined host conditions. Nat Neurosci 10, 1544-53 (2007).
13. Reu, P. et al. The Lifespan and Turnover of Microglia in the Human Brain. Cell Rep 20, 779-784 (2017).
14. Askew, K. et al. Coupled Proliferation and Apoptosis Maintain the Rapid Turnover of Microglia in the Adult Brain. Cell Rep 18, 391-405 (2017).
15. Fuger, P. et al. Microglia turnover with aging and in an Alzheimer's model via long-term in vivo single-cell imaging. Nat Neurosci 20, 1371-1376 (2017).
16. Tay, T.L. et al. A new fate mapping system reveals context-dependent random or clonal expansion of microglia. Nat Neurosci 20, 793-803 (2017).
17. Huang, Y. et al. Repopulated microglia are solely derived from the proliferation of residual microglia after acute depletion. Nat Neurosci 21, 530-540 (2018).
18. Parkhurst, C.N. et al. Microglia promote learning-dependent synapse formation through brain-derived neurotrophic factor. Cell 155, 1596-609 (2013).
19. Elmore, M.R. et al. Colony-stimulating factor 1 receptor signaling is necessary for microglia viability, unmasking a microglia progenitor cell in the adult brain. Neuron 82, 380-97 (2014).
20. Huang, Y. et al. Dual extra-retinal origins of microglia in the model of retinal microglia repopulation. Cell Discov 4, 9 (2018).
21. Xu, Z. et al. Efficient Strategies for Microglia Replacement in the Central Nervous System. Cell Rep 32, 108041 (2020).
22. Rao, Y. et al. NeuroD1 induces microglial apoptosis and cannot induce microglia-to-neuron cross-lineage reprogramming. Neuron 109, 4094-4108.e5 (2021).
23. Zhou, T. et al. Microglial debris is cleared by astrocytes via C4b-facilitated phagocytosis and degraded via RUBICON-dependent noncanonical autophagy in mice. Nature Communications (2022).
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