?一 小膠質(zhì)細(xì)胞的碎片清除是重要且被忽視的生物學(xué)過(guò)程

小膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）內(nèi)重要的免疫細(xì)胞，在CNS發(fā)育、穩(wěn)態(tài)維持和神經(jīng)退行性病變等多個(gè)生理和病理進(jìn)程中起關(guān)鍵作用。作為CNS內(nèi)的專業(yè)吞噬細(xì)胞，小膠質(zhì)細(xì)胞通過(guò)吞噬作用（phagocytosis）承擔(dān)著清除死亡細(xì)胞碎片、樹突棘、細(xì)胞外基質(zhì)和入侵病原體等功能1-6。當(dāng)細(xì)胞碎片不能被及時(shí)清除時(shí)，將引起CNS功能紊亂，包括炎癥水平的上升等7,8。因此，小膠質(zhì)細(xì)胞的高效吞噬能力對(duì)于維持CNS穩(wěn)態(tài)和功能至關(guān)重要1-3,6。

然而，不同于在成年后可終生維持的神經(jīng)細(xì)胞，小膠質(zhì)細(xì)胞在機(jī)體的全生命周期內(nèi)持續(xù)性進(jìn)行細(xì)胞更替（turnover）。在此過(guò)程中，衰老的小膠質(zhì)細(xì)胞死亡伴隨著新生小膠質(zhì)細(xì)胞的再生9-13。小膠質(zhì)細(xì)胞通過(guò)自我更新（self-renewal）的方式再生，并且與衰老細(xì)胞的死亡相偶聯(lián)，從而維持小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量的穩(wěn)定14。在穩(wěn)態(tài)情況下，人和小鼠每年有約30%的小膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)生更替13,15。換而言之，正常的腦內(nèi)每年有將近三分之一的小膠質(zhì)細(xì)胞死亡。在疾病狀態(tài)下，小膠質(zhì)細(xì)胞的更替速度則更快15,16。如果死亡小膠質(zhì)細(xì)胞所產(chǎn)生的碎片不能及時(shí)被清除，其將會(huì)在腦內(nèi)大量積累引起CNS的功能紊亂，以及加速神經(jīng)退行性病變的病理進(jìn)程7,8。此外，近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)抑制集落刺激因子1受體（CSF1R）等方式可在短時(shí)間內(nèi)快速殺死腦內(nèi)超過(guò)99%的小膠質(zhì)細(xì)胞。然而，在此過(guò)程中并未伴隨大量的細(xì)胞碎片聚集，且檢測(cè)不到炎癥反應(yīng)17-20。由此可見(jiàn)，機(jī)體內(nèi)存在高效的清除死亡小膠質(zhì)細(xì)胞碎片的機(jī)制。因此，研究小膠質(zhì)細(xì)胞碎片如何被清除對(duì)理解CNS的穩(wěn)態(tài)維持和神經(jīng)退行性病變機(jī)理至關(guān)重要。

領(lǐng)域內(nèi)對(duì)于小膠質(zhì)細(xì)胞碎片清除的途徑和機(jī)理研究卻被長(zhǎng)期忽視，主要因?yàn)槿齻€(gè)原因：（1）小膠質(zhì)細(xì)胞自身承擔(dān)著專業(yè)吞噬細(xì)胞角色，研究人員通常將關(guān)注點(diǎn)集中在小膠質(zhì)細(xì)胞如何吞噬其他類型細(xì)胞死亡后產(chǎn)生的碎片，而忽視了小膠質(zhì)細(xì)胞本身死亡后的碎片如何被清除。（2）小膠質(zhì)細(xì)胞更替所產(chǎn)生的細(xì)胞碎片若不能被清除，長(zhǎng)時(shí)間積累會(huì)產(chǎn)生大量的碎片累積。但在穩(wěn)態(tài)情況下，小膠質(zhì)細(xì)胞的的實(shí)時(shí)更替速率相對(duì)較慢，每天僅有約0.1%的小膠質(zhì)細(xì)胞死亡13,15。較低的小膠質(zhì)細(xì)胞實(shí)時(shí)死亡速率使得腦內(nèi)的小膠質(zhì)細(xì)胞碎片較少，不便于對(duì)吞噬小膠質(zhì)細(xì)胞碎片的細(xì)胞類型進(jìn)行篩選和研究。（3）人們推測(cè)小膠質(zhì)細(xì)胞的碎片可能是由小膠質(zhì)細(xì)胞的吞噬作用進(jìn)行清理。然而，小膠質(zhì)細(xì)胞碎片攜帶正常小膠質(zhì)細(xì)胞的分子標(biāo)志物（如IBA1和CX3CR1等），難以通過(guò)傳統(tǒng)的在體實(shí)驗(yàn)方法區(qū)分小膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)吞噬的同類型細(xì)胞碎片。由于這三個(gè)主要原因，領(lǐng)域內(nèi)對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞碎片清除這一重要生物學(xué)過(guò)程的研究被長(zhǎng)期忽視。

二 小膠質(zhì)細(xì)胞碎片由C4b介導(dǎo)的途徑被星形膠質(zhì)細(xì)胞吞噬，并通過(guò)非經(jīng)典自噬途徑進(jìn)行降解

復(fù)旦大學(xué)彭勃團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期專注于小膠質(zhì)細(xì)胞更替的研究。該團(tuán)隊(duì)前期系列研究工作闡明了小膠質(zhì)細(xì)胞在更替過(guò)程中新生小膠質(zhì)細(xì)胞的起源和遷移機(jī)制（圖1）（Nature Neuroscience, 2018和Cell Discovery, 2018）17,20，并以此為基礎(chǔ)開發(fā)了3種不同的小膠質(zhì)細(xì)胞替換策略（圖1）（Cell Reports, 2020）21，為神經(jīng)系統(tǒng)疾病提供了新的治療思路和可臨床實(shí)現(xiàn)的方案。此外，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)NeuroD1可通過(guò)BCL2途徑介導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞凋亡，提出可利用該途徑作為分子開關(guān)（switch-off control），增強(qiáng)小膠質(zhì)細(xì)胞替換療法的安全性（Neuron, 2021）（圖1）22。該團(tuán)隊(duì)在其前期研究的基礎(chǔ)上，利用多種研究手段，進(jìn)一步探究了小膠質(zhì)細(xì)胞在更替過(guò)程中死亡細(xì)胞碎片的清除機(jī)制。該研究成果以Microglial debris is cleared by astrocytes via C4b-facilitated phagocytosis and degraded via RUBICON-dependent noncanonical autophagy in mice為題發(fā)表在Nature Communications上（圖1-2）（Nature Communications, 2022）23。

圖1 彭勃團(tuán)隊(duì)近年來(lái)圍繞小膠質(zhì)細(xì)胞更替取得的學(xué)術(shù)成果。

圖2 論文首頁(yè)

由于在生理情況下，小膠質(zhì)細(xì)胞的更替速率較慢，產(chǎn)生的小膠質(zhì)細(xì)胞碎片很少，不利于對(duì)執(zhí)行碎片吞噬功能的細(xì)胞類型進(jìn)行篩選和觀察。因此，彭勃團(tuán)隊(duì)首先通過(guò)CSF1R抑制劑PLX5622殺死腦內(nèi)的小膠質(zhì)細(xì)胞，以在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量細(xì)胞碎片的方式對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的主要細(xì)胞類型（含星形膠質(zhì)細(xì)胞、Mu?ller膠質(zhì)細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞及其前體細(xì)胞、周細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、神經(jīng)元細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞、CNS巨噬細(xì)胞）進(jìn)行觀察和篩選。該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，僅有星形膠質(zhì)細(xì)胞（腦、視網(wǎng)膜和脊髓）和Mu?ller膠質(zhì)細(xì)胞（視網(wǎng)膜內(nèi)特有的一類膠質(zhì)細(xì)胞）在此時(shí)表現(xiàn)出對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞碎片的吞噬能力。進(jìn)一步，研究人員通過(guò)觀察星形膠質(zhì)細(xì)胞在穩(wěn)態(tài)和疾病狀態(tài)下，對(duì)自然更替下產(chǎn)生的小膠質(zhì)細(xì)胞碎片的吞噬情況，發(fā)現(xiàn)其吞噬速率與不同區(qū)域小膠質(zhì)細(xì)胞更替速率成正相關(guān)，證明星形膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞碎片的吞噬作用具有重要的生理和病理意義。

下一步，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)低濃度他莫昔芬對(duì)P2Y12-CreER-GFP::Ai14和CX3CR1-CreER::Ai14進(jìn)行稀疏標(biāo)記，以此為方法探索小膠質(zhì)細(xì)胞作為腦內(nèi)專業(yè)吞噬細(xì)胞，是否能清除同類型細(xì)胞死亡后所產(chǎn)生的細(xì)胞碎片。該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在體內(nèi)條件下，小膠質(zhì)細(xì)胞不能吞噬死亡小膠質(zhì)細(xì)胞所產(chǎn)生的的碎片（無(wú)論在穩(wěn)態(tài)還是人為誘導(dǎo)產(chǎn)生小膠質(zhì)細(xì)胞碎片的情況下）。隨后，該團(tuán)隊(duì)通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細(xì)胞具備吞噬同類型細(xì)胞碎片的能力。然而，由于在體內(nèi)條件下的距離依賴性競(jìng)爭(zhēng)，使得在體內(nèi)條件下，該過(guò)程不會(huì)發(fā)生。因此，該團(tuán)隊(duì)證明了腦內(nèi)的小膠質(zhì)細(xì)胞碎片由星形膠質(zhì)細(xì)胞負(fù)責(zé)清除（圖2）。

進(jìn)一步，該團(tuán)隊(duì)探索了星形膠質(zhì)細(xì)胞吞噬和降解小膠質(zhì)細(xì)胞碎片的機(jī)制，發(fā)現(xiàn)補(bǔ)體C4b能促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞碎片的吞噬作用。而在星形膠質(zhì)細(xì)胞體內(nèi)，小膠質(zhì)細(xì)胞碎片通過(guò)RUBICON依賴的非經(jīng)典自噬途徑（又稱為L(zhǎng)C3相關(guān)胞吞作用）進(jìn)行降解（圖2）。

圖2 小膠質(zhì)細(xì)胞碎片的清除機(jī)制示意圖。

圖3 星形膠質(zhì)細(xì)胞和Mu?ller膠質(zhì)細(xì)胞在大快朵頤吃火鍋（小膠質(zhì)細(xì)胞碎片）。

復(fù)旦大學(xué)彭勃教授是本論文的通訊作者，團(tuán)隊(duì)周添博士為第一作者。本研究得到了復(fù)旦大學(xué)/浙江大學(xué)段樹民院士、南方醫(yī)科大學(xué)高天明院士、華山醫(yī)院毛穎院長(zhǎng)、復(fù)旦大學(xué)饒艷霞教授、華東師大李大力教授、上海交大附屬精神衛(wèi)生中心袁逖飛教授、南昌大學(xué)彭吉云教授、錦州醫(yī)科大學(xué)梅晰凡教授、南科大姬生健教授，以及復(fù)旦大學(xué)舒友生教授、郭非凡教授和陸巍教授等學(xué)者的幫助。該論文在中國(guó)腦計(jì)劃重大項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)青/面上項(xiàng)目、教育部科技領(lǐng)軍人才團(tuán)隊(duì)、上海市基礎(chǔ)研究學(xué)術(shù)特區(qū)、上海市優(yōu)秀學(xué)術(shù)帶頭人等項(xiàng)目的資助下完成。論文全文https://www.nature.com/articles/s41467-022-33932-3。

彭勃課題組目前有青年研究員（教授）、青年副研究員（副教授）和博士后的崗位，歡迎對(duì)科研充滿熱情且胸懷學(xué)術(shù)理想的科研人員/同學(xué)加入。申請(qǐng)人請(qǐng)將一份詳細(xì)的個(gè)人完整簡(jiǎn)歷（中英文皆可）通過(guò)電子郵件發(fā)送至peng@fudan.edu.cn，郵件標(biāo)題請(qǐng)注明姓名+應(yīng)聘職位。青年副研究員（副教授）和博士后應(yīng)聘者請(qǐng)?zhí)峁?~3位推薦人的聯(lián)系方式。

通訊作者彭勃教授介紹：

國(guó)家優(yōu)青，科技創(chuàng)新2030腦科學(xué)與類腦研究（中國(guó)腦計(jì)劃）重大項(xiàng)目首席科學(xué)家，教育部科技領(lǐng)軍人才團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、上海市優(yōu)秀學(xué)術(shù)帶頭人（青年），博士生導(dǎo)師，腦科學(xué)轉(zhuǎn)化研究院院長(zhǎng)助理。2004至2008年就讀于華中科技大學(xué)生物技術(shù)專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位。2008至2011年在中國(guó)科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所學(xué)習(xí)神經(jīng)生物學(xué)。2015年畢業(yè)于香港大學(xué)，獲博士學(xué)位。2015年12月，在中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院組建獨(dú)立的神經(jīng)免疫學(xué)實(shí)驗(yàn)室，擔(dān)任課題組長(zhǎng)（PI）。2019年9月加入復(fù)旦大學(xué)。

彭勃課題組主要關(guān)注中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)小膠質(zhì)細(xì)胞的更替（包括細(xì)胞的衰老、死亡和再生等）、細(xì)胞重編程，以及在多種神經(jīng)退行性病變中以小膠質(zhì)細(xì)胞替換/移植為思路開展干預(yù)和治療的全新策略。此外，課題組關(guān)注小膠質(zhì)細(xì)胞在中樞神經(jīng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)維持中的相關(guān)機(jī)理。自課題組成立以來(lái)，主要成果以通訊作者發(fā)表在Nature Neuroscience, Neuron, Cell Reports, Nature Communications, eLife和Cell Discovery等重要刊物上。彭勃課題組的研究工作入選Nature Reviews Immunology評(píng)選的2018年度神經(jīng)免疫學(xué)進(jìn)展（Year In Review: Neuroimmunology 2018），全球共5個(gè)工作入選。自2020年起，彭勃被ELSEVIER（愛(ài)思唯爾）連續(xù)評(píng)為中國(guó)高被引學(xué)者。此外，彭勃在包括Nature Neuroscience和Nature Aging在內(nèi)的多個(gè)重要學(xué)術(shù)刊物擔(dān)任特邀審稿人。

附：彭勃課題組近四年發(fā)表的代表性論文

(1) Rao Y.*, Du S., Yang B., Wang Y., Li Y., Li R., Zhou T., Du X., He Y., Wang Y., Zhou X., Yuan T.-F.*, Mao Y.* and Peng B.* (2021) NeuroD1 induces microglial apoptosis and cannot induce microglia-to-neuron cross-lineage reprogramming, Neuron, 109.

(2) Huang Y.#, Xu, Z.#, Xiong S., Sun F., Qin G., Hu G., Wang J., Zhao L., Liang Y.-X., Wu T., Lu Z., Humayun M.S., So K.-F., Pan Y., Li N., Yuan T.-F.*, Rao Y.* and Peng B.* (2018). Repopulated microglia are solely derived from the proliferation of residual microglia after acute depletion. Nature Neuroscience 21, 530-540.

(3) Xu Z.#, Rao Y.#, Huang Y., Zhou T., Feng R., Xiong S., Yuan T.F., Qin S., Lu Y., Zhou X., Li X., Qin B., Mao Y., and Peng B.* (2020). Efficient strategies for microglia replacement in the central nervous system. Cell Reports 32, 108041.

(4) Huang Y.#, Xu Z.#, Xiong S., Qin G., Sun F., Yang J., Yuan T.F., Zhao L., Wang K., Liang Y.X., Fu L., Wu T., Lu Z., So K.F., Rao Y.* and Peng B.* (2018) Dual origins of retinal microglia in the model of microglia repopulation. Cell Discovery 4, 9.

(5) Zhou T., Li Y., Li X., Zeng F., Rao Y., He Y., Wang Y., Liu M., Li D., Xu Z., Zhou X., Du S., Niu F., Peng J., Mei X., Ji S.-J., Shu Y., Lu W., Guo F., Wu T., Yuan T.-F., Mao Y. and Peng B.* (2022) Microglial debris is cleared by astrocytes via C4b-facilitated phagocytosis and degraded via RUBICON-dependent noncanonical autophagy in mice. Nature Communications.

(6) Niu F., Han P., Zhang J., She Y., Yang L., Yu J., Zhuang M., Tang K., Shi Y., Yang B., Liu C., Peng B.* and Ji S.-J.* (2022) The m6A reader YTHDF2 is a negative regulator for dendrite development and maintenance of retinal ganglion cells. eLife 11, e75827.