大脑“园丁”：小胶质细胞修剪突触的高分辨率实时观察

《Nature Communications》Nonapoptotic caspase-3 guides C1q-dependent synaptic phagocytosis by microglia

活细胞成像揭示了这一难以捉摸的过程的最清晰的画面。这些细胞是否有规律地做这件事还有待讨论。

　　

新拍摄的影像记录了小胶质细胞以高分辨率和实时方式修剪突触的过程。这些影像记录于1月发表，为关于小胶质细胞责任范围的复杂争论增添了新的转折。

小胶质细胞是大脑中的常驻免疫细胞。大约十年前，人们开始认为它们在大脑早期发育过程中修剪多余的突触连接。然而，这一观点是基于静态图像，显示细胞内被破坏突触的碎片——这留下了小胶质细胞可能只是在神经元完成实际修剪后清理残局的可能性。

然而，在1月的影像中，表达绿色荧光蛋白的小胶质细胞明显地伸出一条幽灵般的绿色触手，接触到神经元上的一个正在发育的突触前结构，并将其移除，而邻近的蓝色轴突则未受影响。

“他们的成像技术非常出色，”阿楚卡罗巴斯克神经科学中心的研究员Amanda Sierra说，她并未参与这项工作。但她也指出，“无论这些影像多么美丽，单个视频甚至两个单个视频都不足以证明这是突触消除的主要机制。”

在新研究中，研究人员从小鼠体内分离出小胶质细胞和神经元，并与星形胶质细胞一起培养，用不同的荧光染料标记小胶质细胞、突触和轴突。日本国立神经精神中心转化神经生物学系主任Ryuta Koyama领导了这项工作，他指出，这种方法确保了小胶质细胞形成了分支状的突起——这些细长的分支结构在单独培养时不会形成。“人们现在知道，小胶质细胞的分支状突起对于抓取突触是真正必要的，”他说，“在常规培养系统中，你找不到分支状突起。它们看起来像变形虫。”

两项先前的研究记录了小胶质细胞“啃食”突触的过程，这一过程被称为吞噬作用（trogocytosis）。但Koyama将他在记录中的行为描述为首个活细胞成像证据，表明小胶质细胞通过吞噬作用吞噬目标。

马萨诸塞大学医学院神经生物学副教授Dori Schafer是最早识别小胶质细胞修剪的科学家之一，她反驳了Koyama的说法，认为新视频显示的是吞噬作用，而不是吞噬作用。

Koyama表示，该领域对这两个术语的使用并不一致，因此他和他的同事们记录的过程也可以被称为吞噬作用。他补充说，以前的活细胞成像没有标记轴突膜，这使得小胶质细胞可能吞噬的是脱落的碎片，而不是完整的突触。Koyama表示，他的团队通过用近红外荧光蛋白标记膜，避免了这一问题。

无论新视频记录的过程是吞噬作用还是吞噬作用，斯卡弗认为这些证据是前所未有的。“Ryuta的成像技术更加清晰，并且包含了更多的机制细节。”例如，Koyama的团队每分钟跟踪一次小胶质细胞，而其中一项吞噬作用论文中每六分钟才跟踪一次。新研究中的进一步实验还表明，增加的神经元活动通过激活一种名为半胱天冬酶-3的酶来触发修剪过程，该酶启动了一种标记某些突触的“吃我”信号。