惊！锥体神经元活动竟如此调控小胶质细胞，关乎大脑发育与功能！

为探究锥体神经元对小胶质细胞数量和功能的调控机制，曼彻斯特大学的研究人员开展相关研究，发现二者存在动态关系，该关系经 Activin A 调节。这一成果为理解大脑发育和相关疾病机制提供新视角，值得科研读者一读。

　　

在大脑这个神秘的 “小宇宙” 里，有一种细胞如同默默守护的卫士，它就是小胶质细胞（microglia）。小胶质细胞可不只是大脑的 “免疫哨兵”，近年来的研究发现，它在大脑发育过程中有着更为复杂和重要的作用。在大脑发育早期，它能影响神经元的数量和位置，参与构建大脑的基本 “框架”；到了后期，它又像一个心灵手巧的工匠，通过调节突触（神经元之间传递信息的关键部位）的形成和维持，精心雕琢着大脑的神经网络 。

不过，小胶质细胞数量要是出现异常，麻烦可就大了。科学家们发现，小胶质细胞数量的改变和神经发育障碍相关的异常行为有着千丝万缕的联系，比如自闭症谱系障碍等。这就好比一个精密的机器，哪怕一个小零件的数量不对，都会影响整个机器的正常运转。而且，大脑不同区域的小胶质细胞数量和发育情况也不一样，这种差异是怎么产生的呢？目前还是个未解之谜。另外，大脑在发育过程中，神经元的活动会发生变化，这些变化会影响小胶质细胞的数量吗？这一系列问题就像一团团迷雾，笼罩在神经科学研究的领域，吸引着科学家们去探索。

为了揭开这些谜团，英国曼彻斯特大学的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Science Advances》期刊上，论文题目是 “Pyramidal cell activity tunes microglia number and development during postnatal cortical development”。通过一系列实验，他们发现了一个重要的规律：在小鼠出生后的发育过程中，锥体神经元（pyramidal cells）的活动和小胶质细胞之间存在着一种动态平衡关系，这种关系能调节小胶质细胞的数量和发育，而且一旦这种平衡被打破，会对大脑皮层的功能产生深远影响。这一发现就像是找到了打开大脑发育奥秘之门的一把钥匙，为我们理解大脑的正常发育和相关疾病的发生机制提供了新的视角。

研究人员在这次研究中使用了多种技术方法。首先是小鼠实验模型，他们选用了多种不同品系的小鼠，比如 Nex小鼠、Fucci2 小鼠等，这些小鼠就像是一个个小小的 “实验工厂”，为研究提供了基础材料。其次是免疫组织化学技术，通过给不同的细胞和蛋白 “贴上标签”（使用特定的抗体进行染色），研究人员就能在显微镜下清晰地观察到小胶质细胞、锥体神经元等细胞的形态和分布情况。还有基因编辑技术，利用它来调控神经元的活动和相关基因的表达，从而探究这些变化对小胶质细胞的影响。另外，生物信息学分析也派上了大用场，研究人员通过分析大量的基因数据，找到了潜在的分子机制。

下面来详细看看研究人员都发现了什么。

小胶质细胞发育轨迹因皮质区域而异

研究人员想知道小鼠出生后，不同皮质区域的小胶质细胞发育过程是不是不一样。他们给小鼠大脑切片进行染色，对比小胶质细胞和锥体神经元数量的变化。结果发现，小胶质细胞的发育可以分成三个阶段：第一阶段，小胶质细胞像一群勤劳的 “小蜜蜂”，快速增殖，和锥体神经元的比例迅速上升；第二阶段，增殖速度慢下来，细胞死亡可能增加，比例开始下降，同时表达稳态标记物（比如 P2RY12）的小胶质细胞增多；到了第三阶段，小胶质细胞数量就稳定下来了。而且，不同皮质区域的小胶质细胞发育还有微妙的差别，像躯体感觉皮层的增殖期最短，而视觉皮层等区域的发育情况各有不同。这说明每个皮质区域的小胶质细胞都有自己独特的 “成长路线图”，和皮质区域的成熟顺序有关，并不遵循从前往后的简单发育模式。

双向操纵锥体神经元活动可调节小胶质细胞数量

大脑皮质区域在小鼠出生后的早期，神经元活动水平是不一样的。研究人员猜测，锥体神经元活动的变化是不是能影响小胶质细胞的发育呢？他们用了一种叫化学遗传学的方法，就像是给神经元装上了一个 “开关”，可以通过药物来控制神经元的活动。实验发现，增加神经元活动，小胶质细胞的密度会上升，即使在小胶质细胞增殖减少或死亡增加的阶段也是如此；反过来，减少神经元活动，小胶质细胞密度就会下降。而且，不管是躯体感觉皮层还是视觉皮层，都有这样的规律，这表明锥体神经元活动对小胶质细胞数量的调节和皮质区域没有关系。研究人员还发现，神经元活动的变化不仅影响小胶质细胞的数量，还会改变它们的发育轨迹，比如影响增殖相关标记物 Ki67 和成熟标记物 P2RY12 的表达。

发育过程中操纵锥体神经元活动对小胶质细胞数量有长期影响

前面的实验是短期观察，那这种对神经元活动的操纵会不会对小胶质细胞有长期影响呢？研究人员继续用化学遗传学的方法，在小鼠出生后的第二周改变神经元活动，然后在 P42（出生后第 42 天）观察小胶质细胞。结果发现，增加神经元活动会让小胶质细胞密度在 P42 时明显上升，而且小胶质细胞的体积变小、复杂度降低。进一步研究发现，在小胶质细胞发育的不同阶段操纵神经元活动，只有在早期阶段（阶段 1 和阶段 2）会对小胶质细胞数量产生显著影响，到了阶段 3，神经元活动的改变就没什么作用了。这说明小胶质细胞在小鼠出生后的一个特定时间段内，才会对神经元活动的变化特别敏感。

小胶质细胞对小鼠出生后发育过程中自发活动模式的变化敏感

小鼠出生后的发育阶段，大脑的自发活动模式会发生变化。研究人员推测，既然小胶质细胞能受到神经元活动的影响，那它应该也能感知并响应这些自发活动模式的变化。他们选择视觉皮层进行研究，把小鼠分成两组，一组在正常的明暗循环环境中饲养，另一组在持续黑暗环境中饲养。结果发现，在持续黑暗环境中饲养的小鼠，视觉皮层的小胶质细胞数量明显增加，形态也发生了变化，体积变小、复杂度降低，而且成熟标记物 P2RY12 的表达也减少了。即使在小鼠成年后，这种早期的环境影响依然存在，小胶质细胞密度还是会增加。这表明小胶质细胞能 “感知” 到神经元活动模式的变化，并且相应地调整自己的数量和发育。

锥体神经元通过激活素信号调节小胶质细胞数量

研究人员想知道锥体神经元调节小胶质细胞数量和发育的具体分子机制是什么。他们利用生物信息学的方法，通过分析大量的基因数据，找到了一个关键的信号通路 —— 激活素 A（Activin A）信号通路。激活素 A 是转化生长因子 - β（TGF - β）家族的一员，它的表达和分泌和神经元活动有关。研究人员发现，在小鼠眼睛睁开前，视觉皮层中激活素 A 的表达会短暂上升并达到峰值，同时下游信号蛋白 pSMAD3 的表达也会增加。而且，在持续黑暗环境中饲养的小鼠，视觉皮层中激活素 A 的水平会升高，这说明自发活动模式的改变会影响激活素 A 的分泌。

激活素 A 信号失调改变小胶质细胞数量和功能

为了进一步验证激活素 A 的作用，研究人员用基因编辑的方法，降低锥体神经元中激活素 A 的表达，结果发现这能阻止黑暗饲养导致的小胶质细胞数量增加，还能恢复 P2RY12 的表达水平，让小胶质细胞的形态也恢复正常。他们还在所有巨噬细胞（包括小胶质细胞）中阻断激活素信号，结果小胶质细胞数量明显减少，体积和复杂度增加，而且兴奋性突触的数量也增加了，这说明小胶质细胞吞噬兴奋性突触的能力可能受到了影响。

小胶质细胞与锥体神经元通讯的解耦联导致行为改变

最后，研究人员想看看小胶质细胞和锥体神经元之间的这种关系被破坏后，对小鼠的行为会有什么影响。他们对正常小鼠和小胶质细胞激活素信号被阻断的小鼠进行了一系列行为测试。在开放场测试中，突变小鼠的运动活性更高，而且雄性突变小鼠的直立次数明显增加；在新颖物体识别测试中，突变小鼠没办法像正常小鼠一样识别新物体，存在短期记忆缺陷；在三室社交偏好测试中，突变小鼠对社交刺激没有明显偏好，出现了社交障碍。这表明小胶质细胞和锥体神经元之间信号调节的异常，会改变大脑皮层回路的构建，导致小鼠出现行为问题。

综合这些研究结果，这次研究揭示了锥体神经元活动在小鼠出生后大脑发育的关键时期，对小胶质细胞数量和功能的重要调节作用。这种调节是通过激活素 A 信号通路来实现的，而且小胶质细胞和锥体神经元的协同发育，对于大脑皮层正常功能的建立至关重要。一旦这种协同关系被破坏，就会影响小胶质细胞的功能和数量，进而导致大脑皮层功能异常，引发行为问题。这一研究成果为我们理解大脑发育过程中细胞之间的相互作用提供了重要线索，也为研究神经发育障碍相关疾病的发病机制和治疗方法提供了新的思路，就像在黑暗中点亮了一盏明灯，为后续的研究指引了方向。