科学家首次构建出人类和小鼠大脑免疫系统图谱

在一项新的研究中，来自德国弗莱堡大学、哥廷根大学医学中心、柏林大学夏里特医学院、波鸿鲁尔大学、埃森大学医院和比利时根特大学的研究人员构建出人类和小鼠大脑自身免疫系统的全新图谱。他们首次证实大脑中的吞噬细胞，即所谓的小胶质细胞(microglia)，都具有相同的核心特征，但是依据它们的功能以不同的方式适应。科学家们之前认为这些是不同类型的小胶质细胞。这一发现是通过一种新的高分辨分析单个细胞的方法取得的，在理解大脑疾病中起着重要的作用。他们详细地展示了人体大脑中的免疫系统如何在多发性硬化症的病变过程中发挥变化，这对未来的治疗方法开发具有重要的意义。相关研究结果发表在2019年2月21日的Nature期刊上，论文标题为“Spatial and temporal heterogeneity of mouse and human microglia at single-cell resolution”。论文通讯作者为弗莱堡大学医学中心神经病理学研究所医学主任Marco Prinz博士。论文第一作者为弗莱堡大学医学中心神经病理学研究所的Takahiro Masuda博士、Roman Sankowski博士和Ori Staszewski博士。

论文通讯作者、弗莱堡大学医学中心神经病理学研究所医学主任Marco Prinz博士说，“我们能够证实大脑中仅一种类型的小胶质细胞以多种形式存在。这类免疫细胞是非常多才多艺的全能者，不是像教科书上到目前为止所认为的专精者。”

多才多艺的全能者而不是专精者

鉴于位于血液中的免疫细胞被血脑屏障阻挡在大脑和脊髓之外，大脑需要它自身的免疫防御---小胶质细胞。大脑中的这些吞噬细胞在胚胎发育的早期就产生，随后清除入侵的细菌和死亡的神经细胞。它们有助于大脑的成熟和终生可塑性。人们之前并不清楚的是在健康和患病的大脑中发挥多种作用的小胶质细胞否存在亚型。

在这项新的研究中，这些研究人员对小鼠模型大脑和从患者身上移除的人体大脑组织中的小胶质细胞进行了详细的研究。

借助于进行单细胞分析的新方法，这些研究人员非常详细地展示了小胶质细胞的特征。为此，他们利用显微镜研究大脑不同区域和不同发育阶段的小胶质细胞。他们还利用单细胞分析方法分析了这些免疫细胞的RNA水平。分析结果表明小胶质细胞都具有相同的核心特征，但是依据它们的功能，在不同的发育阶段和不同的大脑区域有不同的适应性。

有望对多发性硬化症患者有帮助

调节失常的小胶质细胞也参与了几种脑部疾病。特别是，它们在阿尔茨海默病、多发性硬化症和自闭症等一些精神疾病的产生中起着关键作用。在健康的大脑中，小胶质细胞在神经细胞周围形成一个均匀的网络，这个网络在疾病发生时可在几分钟内发生变化并形成许多新的吞噬细胞以限制损伤。

Prinz说，“我们如今拥有人类大脑的第一个高分辨率的免疫细胞图谱。这也让我们能够理解这些免疫细胞在多发性硬化症等疾病中如何发生变化。在多发性硬化症患者中，我们成功地描述了处于一种多发性硬化症特异性状态的小胶质细胞。我们希望在未来靶向处于有害状态的小胶质细胞亚群将是有可能的。”

Prinz说，“观察到小胶质细胞有如此灵活是非常令人兴奋的。”对小鼠模型的研究让这些研究人员走上正轨。然而，Masuda也成功地证实人类小胶质细胞要比实验动物中的复杂得多。Masuda说，“人类大脑中的个体变化也会在生命过程中在小胶质细胞中留下痕迹。”