2024年12月11日西班牙Achucarro Basque神經科學中心 Amanda Sierra在Nature Neuroscience雜志上發表觀點文章討論研究小膠質細胞清除突觸實驗技術的缺陷、小膠質細胞或神經元調控突觸清除的信號，為小膠質細胞清除突觸提供新的觀點。
 

1、microglia culling和microglia scavenging新概念
小膠質細胞吞噬突觸可分小膠質細胞識別突觸和突觸清除等過程，均可被小膠質細胞或神經元啟動。因此，根據調控突觸清除的方式，團隊提出microglia culling和microglia scavenging。culling被認為是小膠質細胞信號驅動的，小膠質細胞通過收縮環切斷神經元質膜，清除多余的突觸（小膠質細胞主動脫落突觸并清除）。scavenging過程被認為是神經元信號驅動，神經元質膜自身機制引起突觸脫落，隨后被小膠質細胞吞噬（小膠質細胞被動脫落突觸并清除過程）。
 

圖1、 突觸清除的完整模式圖

2、突觸清除研究方法和技術的缺陷
目前主要通過透射電鏡或共聚焦顯微鏡技術發現離體組織中小膠質細胞溶酶體蛋白（CD68標記）內存在突觸前或突觸后結構標志物，該過程被認為是吞噬過程。小膠質細胞溶酶體中脂褐素的自發熒光沉積可能會混淆上述吞噬過程，但這一問題通過開發新技術已經得到有效解決。此外，盡管上述光學成像技術可觀察到突觸結構存在于小膠質細胞中，但無法準確記錄突觸脫落過程，無法區分microglia culling和 scavenging過程。

準確記錄突觸脫落過程可依賴于在體成像技術，可動態追蹤小膠質細胞和神經元結構動態互作的過程。盡管已有通過雙光子顯微鏡在體成像技術觀察到小膠質細胞吞噬突觸的過程，卻仍然未捕捉到小膠質細胞自動脫落整個突觸的過程。

作者認為觀察microglia culling的難點在于觀測時間窗的正確選擇。神經元的連接和動作電位的傳播發生在毫秒級，樹突棘的結構變化發生在數分鐘內。小膠質細胞的分支移動也發生在分鐘內，每分鐘約以1.0-1.5 μm速度移動。小膠質細胞完成吞噬凋亡細胞約17分鐘，完成降解過程約需要3小時。考慮到突觸尺寸比神經元小，因此小膠質細胞完成吞噬和降解突觸的時間會少一些。綜上所述，追蹤完整的microglia culling過程需要考慮感知觸發突觸重塑的刺激、標記多余的突觸和小膠質細胞吞噬和降解等多個細節，困難重重。

已有研究表明趨化因子C-X3-C motif配體 1 （CX3CR1）、髓樣細胞觸發受體2（TREM2）、補體蛋白C1q、MER酪氨酸激酶(MERTK)等參與突觸清除過程，但這些吞噬相關蛋白除了影響吞噬作用之外，還影響多種小膠質細胞生理功能和轉錄組的改變。標記清除突觸的信號類似于吞噬細胞吞噬凋亡細胞的”eat me”信號，包括磷脂酰絲氨酸、補體蛋白C1q、C3等。值得注意的是，敲除這些基因后，也無法區分microglia culling和 scavenging過程。
 

圖2、 神經元、小膠質細胞、突觸活動的時間窗

3、突觸清除需要神經元質膜裂變過程
神經元細胞膜是小膠質細胞實現完整吞噬突觸的屏障，因此研究調控神經元細胞膜的變形和斷裂的分子機制至關重要。然而，這些機制尚未得到充分探討。作者認為神經元可能從內部協調膜裂變的過程， 隨后脫落的突觸被小膠質細胞清除（microglia scavenging過程），也可能小膠質細胞推動神經元質膜裂變過程（microglia culling）。

轉運必需內體分選復合物(ESCRT)系統可改變細胞膜形態，打包和分選分子、清除廢物，并參與細胞分裂、神經元重塑等，可能是突觸清除過程中神經元質膜破裂的潛在機制。小膠質細胞通過調節肌動蛋白聚合的分子和肌球蛋白馬達協同作用可能形成吞噬杯‌（phagocytic cup，形成一個杯狀的凹陷區域），產生收縮，可能會引發突觸膜自主裂變 ，也可能通過募集促進膜裂變的動力蛋白引起神經元質膜裂變。作者認為這些可能是神經元自主質膜破裂或小膠質細胞推動膜裂變的潛在機制。
 

圖3、不同維度突觸清除研究方法的利弊

總結
作者認為在研究突觸清除過程中需要厘清microglia culling和 scavenging過程，有助于更好理解突觸清除的作用機制。此外，需要關注神經元自主質膜破裂或小膠質細胞推動膜裂變的作用機制，這在之前研究突觸清除過程中一直被忽略。

創作聲明：本文是在原英文文獻基礎上進行解讀，存在觀點偏向性，僅作分享，請參考原文深入學習。
 

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