综述：脑膜-小脑轴：小脑发育的新视角

《Cellular and Molecular Life Sciences》：The meningeal–cerebellar axis: a new perspective on cerebellar development

本综述聚焦于脑膜-小脑轴这一新兴概念，系统阐述了脑膜作为关键外部信号源，通过释放细胞因子（如CXCL12、IL-33）、趋化因子、生长因子（如FGF2、IGF-1、TGF-β）和视黄酸等，在调控小脑颗粒细胞前体（GCPs）增殖、浦肯野细胞（PCs）成熟、放射状胶质细胞排列及突触修剪等关键发育过程中的重要作用。文章整合了多种基因工程小鼠模型（如CXCR4-/-、Foxc1-/-）的体内研究证据，揭示了脑膜信号失调与小脑结构异常及神经发育障碍（如自闭症谱系障碍ASD）的潜在关联，为理解小脑发育及相关疾病病因提供了全新视角。

　　

引言

传统观点认为小脑发育主要受内在遗传程序和局部细胞间相互作用的调控。然而，越来越多的证据表明，来自脑膜的外在信号同样扮演着关键角色。脑膜是包裹中枢神经系统（CNS）的三层膜状结构（硬脑膜、蛛网膜、软脑膜），不仅是物理屏障，更是活跃的免疫界面和信号源。这篇综述提出了“脑膜-小脑轴”的概念，强调脑膜通过分泌多种信号分子，深刻影响小脑的形态发生、细胞分化及神经环路形成。

脑膜

脑膜是一个高度动态的免疫组织，包含多种常驻和迁移的免疫细胞。单细胞转录组和空间图谱研究揭示了其在硬脑膜、蛛网膜和软脑膜中特定的免疫生态位。硬脑膜因其靠近颅骨骨髓，富含巨噬细胞、树突状细胞、肥大细胞、T细胞、B细胞和先天淋巴样细胞（ILCs）。边界相关巨噬细胞（BAMs）是驻留在CNS界面的特化巨噬细胞。此外，脑膜成纤维细胞在维持脑膜完整性方面至关重要，并能分泌多种影响CNS发育、血管化和稳态的信号分子。

小脑

小脑是大脑中神经元数量最多的结构，其经典功能是运动控制和感觉运动整合，但近年研究发现它也参与认知、情绪调节和决策等高级功能。小脑发育是一个高度 orchestrated 的过程，始于胚胎期并持续到出生后，使其易受各种风险因素影响。小脑皮层具有独特的三层结构：外颗粒层（EGL）、浦肯野细胞层（PCL）和内颗粒层（IGL）。其发育主要包括四个阶段：小脑区域界定、细胞分化与增殖、颗粒细胞（GCs）由EGL向IGL迁移，以及神经环路形成和突触 refinement。

脑膜-小脑在发育中的相互作用

发育早期，脑膜细胞将未分化细胞吸引至软脑膜，外部颗粒层（EGL）的正确定位依赖于来自脑膜的稳定信号。这建立了一个重要的次级增殖区，用于塑造小脑的结构和功能。研究表明，破坏脑膜细胞会导致小脑生长受损、脑叶结构紊乱和基底膜损伤。如图1所示，CD163⁺脑膜巨噬细胞紧密排列在发育中小鼠小脑的软脑膜表面，说明了脑膜免疫细胞与小脑的解剖学关联。

分泌因子

• •
  C-X-C基序趋化因子配体12（CXCL12）：脑膜成纤维细胞表达CXCL12，其受体CXCR4在小脑放射状胶质细胞末端表达。CXCR4缺失（CXCR4^-/-）或SDF-1（CXCL12）缺失（SDF-1^-/-）会导致颗粒细胞前体（GCPs）过早迁移、小脑结构异常。其上游转录因子Foxc1的缺失（Foxc1^-/-）也会影响GCPs迁移、Bergmann胶质细胞增殖和浦肯野细胞（PCs）迁移。
• •
  成纤维细胞生长因子-2（FGF2）：FGF2及其受体（FGFR1, FGFR2）在发育小脑中表达，调控小脑叶片形成、细胞分层。条件性敲除Fgfr1和Fgfr2（hGFAP^Cre;Fgfr1^f/f;Fgfr2^f/f）会导致小脑形态异常、PCs定位错误、GCs增殖迁移减少。
• •
  胰岛素样生长因子（IGFs）：IGF-1由脑膜中的BAMs分泌。条件性敲除GCPs中的IGF-1R（Math1^Cre;Igf-1r^flox/flox）会减少小脑重量和GCs数量。IGF-1过表达（Ptc^±;Igf1-Tg）则可能促进髓母细胞瘤发生。
• •
  白细胞介素-33（IL-33）：IL-33在脑膜肥大细胞和发育小脑中表达。IL-33/IL1RL1信号通路在星形胶质细胞和小胶质细胞间促进小胶质细胞的吞噬活性，其缺失会损害突触修剪。
• •
  视黄酸（RA）：脑膜成纤维细胞产生RA信号基因。RA信号参与浦肯野细胞（PCs）成熟和颗粒细胞（GCs）迁移。视黄酸相关孤儿受体α（RORα）在PCs中表达，其缺失影响PCs树突形态和环路连接。
• •
  转化生长因子-β（TGF-β）：脑膜成纤维细胞表达TGF-β1，其信号参与小脑叶片形成、GCs迁移和PCs树突发育。条件性敲除Smad2（Nestin^Cre;Smad2^flox/flox）会导致小脑发育异常。
• •
  Wnt相关整合位点-5（Wnt5a）：脑膜成纤维细胞表达多种Wnt配体。Wnt5a缺失（Nestin^Cre;Wnt5a^flox/flox）会损害小脑形态和神经发生。其相关跨膜蛋白Tmem67缺失也会导致小脑发育缺陷。

细胞外基质层粘连蛋白

脑膜软脑膜成纤维细胞高表达多种层粘连蛋白基因（如Lama1, Lamb1）。层粘连蛋白α1（Lama1）对于小脑正常形态和Bergmann胶质细胞排列至关重要。条件性敲除Lama1（Sox2^cre/+;Lama1^flox/del）或下游整合素连接激酶（ILK）（Gfap^Cre;ilk^loxP/loxP）会导致小脑叶片缺失、颗粒细胞（GCs）迁移异常和胶质网络形成缺陷。

展望与未来工作

未来研究需要明确不同发育阶段脑膜信号的时间特异性及其与特定小脑细胞的相互作用。利用单细胞空间转录组学等高分辨率工具绘制信号的空间分布图至关重要。需要进一步探索脑膜免疫细胞（如巨噬细胞、B细胞、ILCs）在生理和病理条件下是否主动分泌营养因子调节小脑形态发生。研究母体饮食或感染等外部风险因素如何影响脑膜信号并改变小脑发育，将有助于理解神经发育障碍的病因。从转化角度看，表征儿科小脑疾病中的脑膜功能障碍可能提供早期生物标志物或治疗靶点。