胎盘激素缺失下小胶质细胞通过性二态性调控小脑髓鞘化及自闭症样行为

《Nature Communications》：Microglia alter sex-specific cerebellar myelination following placental hormone loss

本期推荐一项关于胎盘激素与神经发育的重要研究。为探究胎盘功能紊乱导致子代神经发育障碍的性别差异性机制，研究人员通过构建胎盘特异性Akr1c14基因敲除(plKO)小鼠模型，发现胎盘来源的别孕烯醇酮(ALLO)减少会引发性别特异性的神经炎症反应和小胶质细胞功能障碍。研究揭示前列腺素E2(PGE2)-EP4信号通路和SIRPα-CD47轴是调控小脑髓鞘化的关键靶点，并通过药理学干预成功逆转雄性plKO小鼠的过度髓鞘化和自闭症样行为，为胎盘相关神经发育障碍的性别特异性治疗提供新靶点。

　　

当生命在母体中悄然孕育时，胎盘如同一个精密的中枢指挥部，不仅负责营养输送，还通过分泌激素远程调控胎儿大脑的发育节奏。然而，这个指挥系统的失调——特别是胎盘功能紊乱，影响着超过10%的妊娠——可能对胎儿神经发育造成严重冲击，使许多婴儿面临长期认知和运动缺陷的风险。更令人困惑的是，临床上许多神经发育障碍，如自闭症谱系障碍(ASD)，表现出明显的性别偏见，男性往往表现出更高的易感性。这种性别差异背后的生物学机制一直是个未解之谜。

近年来，科学家们将目光投向了一种名为别孕烯醇酮(ALLO)的胎盘神经甾体激素。ALLO是孕酮的代谢产物，在妊娠后半程由胎盘大量分泌，不仅作为GABA_A受体的正向变构调节剂参与神经发育，还具有强大的抗炎特性，能够抑制Toll样受体(TLRs)和调节细胞因子表达。研究人员推测，胎盘ALLO可能通过维持子宫内的免疫平衡，保护胎儿免受外界应激因素的侵害。当这种激素保护伞出现漏洞时，男性胎儿可能首当其冲。

为验证这一假设，哥伦比亚大学医学中心的Jacquelyn Salzbank、Claire-Marie Vacher和Anna A. Penn领衔的研究团队创建了一种转基因小鼠模型(称为plKO)，特异性敲除胎盘滋养层细胞中的Akr1c14基因，该基因编码ALLO合成关键酶3α-羟基类固醇脱氢酶(3α-HSD)。这一操作导致胎盘ALLO水平降低50%，成功模拟了临床中先兆子痫和宫内生长受限等胎盘功能紊乱疾病的状态。

研究团队发现，plKO小鼠表现出令人惊讶的性别二态性神经发育表型：雄性小鼠小脑区域出现过度髓鞘化(hypermylination)和自闭症样行为，而雌性小鼠则显示髓鞘化不足(hypomyelination)和不同的神经发育异常。这种性别特异性的小脑表型差异引发了更深层次的探索——胎盘激素缺失如何通过神经免疫机制调控大脑发育的性别差异？

为了回答这一核心问题，研究人员展开了一系列精细的实验，综合运用了RNA测序(RNA-seq)、高通量蛋白质检测、流式细胞术、免疫荧光成像、全脑光片显微镜和药理学干预等多种先进技术手段。他们收集了plKO小鼠和同窝对照小鼠在出生后多个时间点(P0、P7、P15、P30)的小脑、海马和初级体感皮层组织，并分析了E15.5胚胎期的胎盘和脑组织。

胎盘ALLO减少改变出生后大脑的炎症通路

通过RNA-seq分析和Ingenuity Pathway Analysis(IPA)通路富集分析，研究人员发现plKO小鼠小脑(CB)中炎症相关通路显著富集，包括吞噬体形成、S100家族信号通路和多发性硬化信号通路等。这些炎症相关基因的表达变化在出生后发育过程中呈现动态变化，表明胎盘ALLO暴露减少改变了小脑的发育性神经炎症谱。

plKO小脑在整个生命周期中呈现性别二态性炎症谱

对细胞因子和趋化因子的多重检测显示，在P30时，plKO雌性小鼠小脑中抗炎细胞因子相对增加，而雄性plKO小鼠则无此反应。这表明雌性对胎盘ALLO不足表现出更动态的应答，在初始损伤后一个多月仍能增强抗炎因子表达。

胎盘对ALLO减少的炎症反应存在性别差异

在E15.5胚胎期，胎盘ALLO不足导致胎盘和脑中促炎细胞因子增加，且雌性的总体反应更为强烈。质谱分析证实这些性别特异性差异确实源于ALLO缺失，而非ALLO介导的性类固醇激素水平变化。

plKO小鼠小脑白质小胶质细胞呈现性别和年龄特异性改变

小胶质细胞密度分析显示，在plKO小鼠小脑白质中，雌性在P7时小胶质细胞密度降低，而雄性在P30时密度降低。全脑IBA1免疫荧光分析证实了这种小脑特异性效应，而体感皮层、海马和胼胝体等区域未见显著差异。

plKO小鼠显示性别和基因型相关的小胶质细胞吞噬功能改变

通过流式细胞术分析CD11b⁺小胶质细胞的吞噬活性，发现P15时plKO两性小鼠的吞噬作用均暂时性增加。然而，基因表达分析显示，雄性plKO小胶质细胞中许多吞噬相关基因(如Axl、Mertk、Tyrobp和Lgals1/3)表达降低，而Sirpa基因表达显著上调。SIRPα通过与其配体CD47结合，抑制小胶质细胞对髓鞘的吞噬作用。

雄性plKO小胶质细胞吞噬较少髓鞘成分

在分离的小胶质细胞中，雄性plKO小鼠在P15和P30时检测到的髓鞘碱性蛋白(MBP)mRNA显著减少，而雌性在P7时呈现增加趋势。线性回归分析显示Sirpa基因表达与小胶质细胞内Mbp mRNA含量呈负相关。成像流式细胞术进一步证实，P15雄性plKO小胶质细胞内化的MBP蛋白减少，而P7雌性plKO则增加。

药理学抑制SIRPα-CD47轴可增加小胶质细胞的总体吞噬活性，但仅在雌性中伴随Mbp mRNA吞噬增加。对纯化髓鞘的CD47 ELISA检测显示，plKO雄性小鼠髓鞘中CD47表达显著高于雌性，表明雄性plKO髓鞘本身的变化可能导致其对吞噬的敏感性降低。

小脑PGE₂-EP4受体调控影响plKO小鼠性别相关炎症、髓鞘化和ASD样行为

RNA-seq分析确定前列腺素E₂(PGE₂)受体EP4(Ptger4)为关键上游调控因子。PGE₂水平检测显示，P15时雄性plKO小脑中PGE₂水平降低，而雌性则升高。给予EP4激动剂L-902,688治疗后，P30 plKO雄性小鼠的小脑MBP含量显著降低，自闭症复合评分恢复正常，而雌性plKO小鼠则不受影响。

这项发表于《Nature Communications》的研究最终揭示了一个完整的机制链条：胎盘ALLO不足触发了性别二态性的神经炎症反应和小胶质细胞功能障碍，其中PGE₂-EP4信号通路和SIRPα-CD47轴是关键调控因子。这些变化导致小脑髓鞘化的性别特异性异常——雄性过度髓鞘化伴自闭症样行为，雌性髓鞘化不足但无类似行为表现。

研究的重要意义在于首次阐明了胎盘激素如何通过调控神经免疫机制，影响大脑发育的性别二态性。这不仅为理解神经发育障碍的男性偏见提供了新视角，还为胎盘功能紊乱相关的神经发育障碍提供了潜在的治疗靶点。特别是发现产后关键窗口期通过药理学干预PGE₂-EP4信号通路可逆转异常髓鞘化和行为表型，为临床转化提供了希望。未来研究将进一步探索外源性炎症挑战如何与ALLO不足相互作用，为高危妊娠中的神经发育障碍防治开辟新途径。