《Nature Communications》：A spatial atlas of the complement system uncovers unique expression patterns in postnatal brain development in mice
编辑推荐：
哈佛团队利用MERFISH绘制首个“脑内补体时空图谱”，发现胚胎期高表达的AP激活因子Masp3缺失可改变皮层vGlut1兴奋神经元亚型分布并导致空间工作记忆缺陷，为3MC综合征及神经发育障碍提供新机制。
大脑发育如同精密的交响乐，突触的“生”与“灭”必须严丝合缝。既往研究已指出经典补体途径（CP）通过C1q介导小胶质细胞“吃掉”多余突触，但其他两条途径——凝集素途径（LP）与替代途径（AP）——是否、何时、何地参与脑内调控，一直是空白。更棘手的是，补体组分在脑内表达极低且呈异质性，传统单细胞RNA测序因深度与空间信息双重限制，难以捕捉其动态。于是，一个更清晰、更全面的“脑内补体地图”成为迫切需求。
为回答上述问题，Yingying Zhang等利用高灵敏空间转录组技术MERFISH，系统绘制了小鼠从胚胎期18.5天到成年120天的全脑补体基因表达图谱，发现47/51补体基因在脑内局域表达，并呈现细胞类型、脑区与年龄三重异质性；其中AP关键激活酶Masp3在胚胎—新生期高表达，其缺失不仅改变皮层vGlut1兴奋神经元亚型空间分布，还导致成年小鼠空间工作记忆受损，首次将“AP—脑发育—行为”三者直接关联。论文2025年12月在线发表于《Nature Communications》。
主要技术方法：①MERFISH空间转录组（249基因探针库，单细胞分辨率，约2.5亿RNA分子）；②ddPCR与RNAscope验证Masp1基因三种剪接变体（Masp1、Masp3、Map44）的时空表达；③CRISPR/Cas9构建Masp3特异缺失（Masp1）小鼠；④兔红细胞溶血实验评估血浆AP活性；⑤新生儿（p5）与成年（10–14周）行为学测试（Y迷宫空间工作记忆、开放场、转棒等）。
研究结果
补体组分在脑内局域表达并呈细胞与脑区异质性
MERFISH显示44/51补体基因高于背景阈值。CP基因（C1qa/b/c）几乎 exclusively 在小胶质细胞与血管周围巨噬细胞表达；C1r/s则局限于脉络丛（ChP）与周细胞，提示脑内通过“局域低表达+外周补给”防止过度激活。LP识别分子（Fcnb、Mbl1/2）虽在皮层深浅层有差异分布，但关键丝氨酸蛋白酶Masp2始终低于阈值，健康脑内LP激活缺乏本地源头。相反，AP基因（Cfb、Cfd、Cfp、pan-Masp1）在神经元、少突胶质前体细胞（OPC）中广泛表达，且在皮层5–6层富集，提示AP具备局域激活能力。
补体基因表达受发育调控
时序分析显示CP相关基因随年龄显著上调，与C1q介导的突触修剪高峰期一致；LP基因直至成年仍因Masp2缺失而“沉默”；AP核心基因则在胚胎—新生期达峰，成年后下降，与Cfh（AP抑制因子）上调呈负相关。几何均值计算的“通路表达分数”进一步揭示CP与AP在皮层深浅层呈互补时空动态，提示二者功能非冗余。
Masp3在胚胎晚期脑内高表达
ddPCR与RNAscope证实脑内pan-Masp1信号主要来自Masp3与Map44，而Masp1几乎检测不到；Map44作为LP抑制剂持续高表达，Masp3则在E18.5最高，随后递减。空间相关分析显示pan-Masp1与Cfd（Masp3直接底物）在p5、p60脑区表达呈正相关（r≈0.5–0.6），与CP/LP共享组分C2呈负相关，支持Masp3标记脑内AP活性。
Masp3缺失改变新生鼠皮层vGlut1兴奋神经元亚型分布
MERFISH分析p5脑片发现Masp3小鼠皮层sub-C6（高表达成熟标志物Rbfox3、Slc17a7）细胞数量在后部皮层显著减少，而sub-C1相对增多；RNAscope验证后部浅层Slc17a7信号降低。提示Masp3依赖的AP活性参与调控特定兴奋神经元亚型迁移或成熟定位。
Masp3缺失导致空间工作记忆缺陷
成年Masp3小鼠在Y迷宫新颖臂探索时间与距离均无明显偏好，提示空间工作记忆受损，而运动、焦虑与抑郁样行为正常。结合全身发育迟缓（体重降低约14–20%）与出生比例下降，表明Masp3对系统发育及高级认知功能均有特异性贡献。
结论与讨论
该研究首次以单细胞空间分辨率系统描绘补体系统在整个脑发育期的动态图谱，揭示脑内采用“低表达关键酶+丰富调节因子+时空互补”策略，既防止自身炎症，又保留快速应答潜力。尤为重要的是，作者将AP从“外周免疫背景”推向“神经发育主角”——Masp3通过激活AP，在胚胎—新生期微调兴奋神经元空间布局，进而影响成年认知。该发现不仅填补了LP/AP在脑内功能的空白，也为3MC综合征（由MASP1/3突变导致）患者出现的智力障碍提供机制解释：即Masp3缺失所致AP活性下降，扰乱神经元成熟与回路布线，最终表现为记忆缺陷。未来借助Cfb或Cfd条件敲除模型，可进一步厘清AP是否通过经典C3裂解或新底物调控脑发育。总而言之，这篇论文为理解补体—脑—行为轴打开新窗口，也为神经发育性疾病提供可靶向的“免疫-神经”交汇点。
