揭示了CCN1通过区域特异性细胞相互作用在调控小胶质细胞分布中的作用

《General and Comparative Endocrinology》：Revealed the regulatory role of CCN1 to microglia distribution through region-specific cellular interactions

本研究通过敲除小鼠神经干细胞前体细胞（NSPCs）中的CCN1基因，发现其缺失导致室下区（VZ）微胶质减少，并引发LSR区域微胶质聚集与激活，通过调控CSF1-Csf1r和IL2-CD53信号通路影响微胶质状态，揭示CCN1在神经干细胞与微胶质互作中的平衡作用。

　　
该研究系统性地探究了神经干细胞前体细胞（NSPCs）中CCN1蛋白对脑发育中神经干细胞与小胶质细胞（microglia）互作的影响机制。通过构建Nestin-Cre介导的Ccn1条件性敲除小鼠模型，结合单细胞转录组测序与空间转录组学技术，研究揭示了CCN1通过调控关键细胞因子时空表达，重塑小胶质细胞分布与功能状态的分子网络。

**研究背景与科学问题**
脑发育过程中，神经干细胞前体细胞（NSPCs）与小胶质细胞的动态互作对维持微环境稳态至关重要。尽管已有研究证实NSPCs与微胶质细胞在增殖、分化及神经炎症调控中的双向作用，但其分子调控网络及空间异质性机制尚未完全阐明。研究团队基于前期发现CCN1在成年脑室下区调控NSCs niche capacity的成果，延伸探索其在胚胎期脑发育中的功能。

**技术路线与创新点**
研究采用多组学整合策略突破传统技术局限：
1. **基因编辑模型构建**：通过Nestin-Cre系统实现NSPC特异性Ccn1敲除，该工具能高效靶向胚胎期及成体脑区NSCs和其分化细胞（如星形胶质细胞），确保实验特异性。
2. **单细胞转录组动态追踪**：在E17.5（胚胎晚期）和P2（出生后第2天）两个关键时间点对脑组织进行单细胞测序，结合细胞类型注释算法，精准解析NSPCs与微胶质细胞的转录谱差异。
3. **空间转录组学技术**：采用BGI开发的STOmics Stereo-seq平台，在组织原位进行单分子RNA测序，突破传统单细胞技术的空间分辨率限制，实现10μm级精度的细胞定位与基因表达关联分析。

**核心发现解析**
1. **Ccn1对NSPCs-微胶质互作的关键调控作用**
- 敲除Ccn1导致胚胎期（E17.5）及出生后（P2）脑区微胶质细胞数量显著下降（p<0.0001），且这种分布异常具有空间特异性：
- **室下区（VZ）**：微胶质细胞比例下降约40%（p=0.0071），可能与NSPCs分泌的Ccn1通过整合素信号通路调控胶质前体细胞迁移有关。
- **外侧隔区（LSR）**：微胶质细胞比例反常增加约25%（p=0.0127），并伴随激活标记基因Spp1、Hexb的上调（logFC>1.5，p<0.001）。
- **分子机制**：
- **Csf1-Csf1r轴**：VZ区NSPCs分泌的Csf1显著下调（logFC=-0.58，p=0.01），而LSR区Csf1表达上调，通过激活微胶质细胞Csf1r受体，调控其趋化与分化。
- **Il2-Cd53轴**：Ccn1缺失导致NSPCs分泌的Il2在LSR区显著上调（logFC=1.32，p=0.003），激活微胶质细胞Cd53受体，触发下游促炎基因（如Cd86、Ms4a6d）表达。
- **自噬与凋亡调控**：微胶质细胞中自噬相关基因（Ctsb、Ctsl）及凋亡基因（Bex2）表达上调，但LC3II/LC3I比值未显著改变，提示可能存在线粒体依赖性非典型凋亡通路激活。

2. **空间异质性调控网络**
研究首次绘制了NSPCs-微胶质细胞互作的空间调控图谱：
- **VZ区**：Ccn1通过调控Wnt/β-catenin通路（Ccnd2基因下调）抑制微胶质细胞增殖。
- **LSR区**：Ccn1缺失解除对Il2分泌的抑制作用，导致微胶质细胞激活相关基因（Spp1、Ctsb）表达增强3-5倍。
- **特异性信号通路**：Ccn1通过影响NSPCs分泌Csf1和Il2的时空分布，调控微胶质细胞Csf1r和Cd53受体的表达水平（ΔlogFC>1.0，p<0.01）。

3. **技术突破与应用价值**
- **空间转录组学整合分析**：通过NicheNet算法建立细胞间通讯网络模型，优先筛选出Csf1-Csf1r和Il2-Cd53两个核心信号轴（权重系数>0.8），揭示CCN1作为"平衡守门人"维持NSPCs-微胶质互作的分子机制。
- **动态调控模式**：研究发现Ccn1在胚胎期（E17.5）主要影响微胶质细胞迁移，而在出生后（P2）则调控其激活状态，提示CCN1功能的发育阶段特异性。
- **临床转化潜力**：研究结果为神经退行性疾病（如阿尔茨海默病、自闭症）中微胶质细胞异常聚集提供新的分子靶点，特别是LSR区过度激活的微胶质细胞可能成为治疗关键靶点。

**理论贡献与展望**
本研究建立了神经发育微环境中NSPCs-微胶质细胞互作的三维调控模型：
1. **空间维度**：揭示VZ与LSR区存在CCN1介导的细胞通讯梯度，调控微胶质细胞的空间分布偏好性。
2. **时间维度**：胚胎期与出生后CCN1功能分化，前者主导迁移调控，后者侧重免疫激活调控。
3. **分子网络**：Ccn1通过调控整合素介导的Csf1分泌与IL2信号通路，形成NSPCs-微胶质通讯的负反馈环路。

未来研究可进一步探索：
- CCN1的细胞外结构域如何通过配体-受体相互作用影响微胶质细胞行为
- 其他分泌型生长因子（如Wnt配体）是否与CCN1形成协同调控网络
- 空间转录组学数据与电子显微镜成像结合，解析CCN1介导的细胞-细胞接触界面调控机制

该研究为理解脑发育中细胞互作提供了新的理论框架，其多组学整合方法（单细胞测序+空间转录组+网络生物信息学）为神经科学领域研究微环境调控机制树立了技术典范。