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人 iPSC 来源小胶质细胞在嵌合小鼠视网膜模型中的整合与功能：视网膜研究新突破
2025-02-28
子科生物报道：在人体的神经系统中，小胶质细胞（Microglia）作为中枢神经系统的常驻免疫细胞，就像忠诚的卫士一样，守护着神经系统的稳定。它们不仅维持着中枢神经系统的内环境稳定，在抵御病原体入侵时冲锋陷阵，还在神经保护方面发挥着重要作用。而且，小胶质细胞与多种视网膜疾病的发生发展紧密相关，比如青光眼、年龄相关性黄斑变性（AMD）等。然而，目前在视网膜疾病研究中，常用的啮齿动物模型却存在着不小的问题。由于小鼠和人类小胶质细胞在基因表达上存在显著差异，这使得小鼠模型难以准确模拟人类小胶质细胞的真实情况，就如同戴着有色眼镜看东西，无法看清事物的本来面目，这给视网膜疾病的研究带来了巨大挑战。同时，获取人类原代小胶质细胞困难重重，体外培养也面临诸多难题，比如维持其正常功能的困难，这进一步阻碍了相关研究的进展。
为了突破这些困境，温州医科大学的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们致力于探索一种新的方法，以更深入地研究人类小胶质细胞在视网膜疾病中的作用机制，并为开发潜在的治疗策略提供有力支持。经过不懈努力，研究取得了重要成果，为视网膜疾病研究领域带来了新的曙光。
在研究中，研究人员采用了多种关键技术方法。首先是细胞培养与诱导分化技术，对人诱导多能干细胞（hiPSCs）进行培养，并诱导分化为小胶质细胞样细胞（iMG） 。其次是动物实验技术，利用转基因小鼠构建实验模型，通过给予 PLX5622（一种 CSF1R 抑制剂）来清除小鼠视网膜内源性小胶质细胞，为后续的移植实验创造条件。再者是单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）技术，对分选后的细胞进行测序，分析基因表达变化，以探究细胞的功能和状态。此外，还运用了免疫荧光、Western blotting 等技术来检测相关蛋白的表达和细胞的功能。
研究结果如下：
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iMG 的生成与特性：研究人员成功诱导生成了 iMG-EGFP 和 iMG-RFP，这些细胞具有复杂的分支结构，并表达关键的小胶质细胞标记物，如 P2RY12 和 IBA1。同时，iMG 表现出显著的吞噬能力，能够有效摄取荧光纳米珠和突触小体，这表明研究人员成功获得了高质量的 iMG，为后续实验奠定了坚实基础。
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xMG 在小鼠视网膜外植体中的存活与迁移：由于小鼠 CSF1 无法支持人类小胶质细胞的生存，研究人员利用人 CSF1 敲入转基因（）小鼠的视网膜外植体来支持异种移植的 iMG（xMG）存活。通过使用 PLX5622 清除内源性小鼠小胶质细胞后，将 iMG 移植到小鼠视网膜外植体中。结果发现，xMG 能够在小鼠视网膜外植体中存活并迁移，其分布依赖于无小胶质细胞的微环境，且 xMG 在形态和增殖能力上与天然小胶质细胞相似，在移植后的一段时间内能够维持其增殖能力。
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xMG 的功能研究：研究人员发现，xMG 在嵌合模型中能够参与突触修剪过程，通过检测突触相关蛋白 SV2 和 PSD95 的表达和吞噬情况，证实了 xMG 可能对视网膜外植体的突触发育产生影响。同时，当用脂多糖（LPS）刺激嵌合视网膜时，xMG 能够对免疫刺激做出反应，表现为炎症相关基因表达上调，细胞形态也发生显著变化，从分支状转变为阿米巴样，表明其处于激活状态。
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视网膜微环境对 xMG 的影响：通过 scRNA-seq 分析发现，视网膜微环境显著改变了 xMG 的转录特征。xMG 中高度表达的基因与神经发育相关，而免疫反应相关基因在 iMG 中更为富集。进一步分析细胞间通讯发现，xMG 与 iMG 在某些信号通路的配体 - 受体相互作用上存在差异，这表明视网膜微环境对 xMG 的功能和特性具有重要影响。
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xMG 对小鼠视网膜的有效替代：通过优化实验方案，提高内源性小胶质细胞的清除效率后，xMG 在小鼠视网膜外植体中的替代效率显著提高，在不同视网膜层均实现了较高比例的替代，且其分布和形态与体内小胶质细胞相似。研究还发现，xMG 的迁移和定位依赖于 IL - 34 信号通路，这进一步揭示了 xMG 在视网膜中的生物学特性。
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长期培养与功能验证：研究人员成功建立了视网膜嵌合模型的长期体外培养体系，在长达 14 天的培养过程中，xMG 能够维持其功能，包括增殖能力和对损伤的反应能力。在视网膜外植体模型中，xMG 能够被激活并迁移到病变的光感受器细胞附近，这表明 xMG 可以有效地应用于视网膜退行性疾病模型的研究。
研究结论与讨论部分指出，本研究成功构建了人小胶质细胞 - 小鼠视网膜嵌合模型，该模型将人 iMG 成功移植并整合到小鼠视网膜外植体中，实现了超过 86% 的替代率，并维持培养长达 14 天。所得到的 xMG 表现出典型的小胶质细胞定位，并保留了增殖、免疫反应和突触修剪等重要功能。这一模型的建立为研究人类小胶质细胞在视网膜环境中的作用提供了强大的平台，有助于推动视网膜退行性疾病的研究进展，并为开发潜在的治疗策略提供了新的思路。虽然体内模型和体外模型各有优缺点，但该研究建立的体外模型避免了免疫缺陷动物的使用，能够在简化和高度可控的实验环境中进行研究，为药物筛选、临床前测试和机制分析等短期研究提供了便利。不过，该模型也存在培养时间有限的局限性，未来需要进一步探索如何优化模型，以更好地模拟体内的长期疾病过程。同时，研究还发现高效清除内源性小胶质细胞对优化 xMG 移植和替代效率至关重要，未来可探索更有效的清除策略。此外，对 xMG 增殖调控因素的研究也有待深入，以进一步完善对这一模型的理解和应用。总之，这项研究成果为视网膜疾病的研究开辟了新的道路，具有重要的科学意义和潜在的临床应用价值。
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