抑制小胶质细胞TGF-β信号通路通过PTEN-mTOR途径刺激海马体成年神经发生并减轻小鼠焦虑样行为

《Nature Communications》：Inhibition of TGF-β signaling in microglia stimulates hippocampal adult neurogenesis and reduces anxiety-like behavior in adult mice

本研究针对神经炎症与海马体成年神经发生关系不明的现状，通过构建小胶质细胞特异性TGF-β信号通路基因敲除模型，发现抑制TGF-β信号可诱导小胶质细胞反应性变化，并通过PTEN-mTOR通路显著促进海马齿状回神经发生，同时改善焦虑样行为。该研究为神经退行性疾病治疗提供了新靶点。

　　

成年大脑中的海马体齿状回（Subgranular Zone, SGZ）是少数终身持续产生新神经元的区域之一，这一过程被称为成年神经发生。新生神经元对学习记忆、情绪调节等脑功能至关重要。然而，神经炎症及其主要效应细胞——小胶质细胞在神经发生中的作用尚存争议。传统观点认为神经炎症通常抑制神经发生，但脑损伤（如中风、癫痫）后伴随炎症反应却可暂时刺激神经发生，这一矛盾现象背后的机制亟待阐明。

转化生长因子-β（Transforming Growth Factor-β, TGF-β）信号通路是维持小胶质细胞稳态的关键因子。为明确小胶质细胞在神经发生中的直接作用，研究团队构建了小胶质细胞特异性诱导性基因敲除（inducible Knockout, iKO）小鼠模型，靶向敲除小胶质细胞中的TGF-β1配体或其受体（ALK5或TβRII）。

研究发现，抑制小胶质细胞TGF-β信号后，小胶质细胞呈现反应性状态，伴随稳态标志物（如P2RY12、TMEM119）下调。意外的是，这种反应性小胶质细胞非但没有抑制神经发生，反而显著增加了SGZ区双皮质素（Doublecortin, DCX）阳性未成熟神经元数量，并增强其树突复杂性。BrdU（Bromodeoxyuridine）标记实验进一步证实，基因敲除小鼠中新生神经元的存活率显著提高。

行为学测试显示，基因敲除小鼠在高架十字迷宫（Elevated Plus Maze）和高架零迷宫（Elevated Zero Maze）中开放臂停留时间和距离增加，表明焦虑样行为减轻。然而，这种神经发生增强和行为改善效应具有时间依赖性，在TGF-β受体ALK5敲除小鼠中，随着小胶质细胞稳态逐渐恢复，效应减弱；而在TGF-β1配体敲除小鼠中，因小胶质细胞反应性持续存在，效应更为持久。

为阐明机制，研究通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析发现，小胶质细胞TGF-β信号缺失导致神经前体细胞中PTEN信号下调，mTOR通路活性增强。体外实验表明，雷帕霉素（mTOR抑制剂）处理可逆转基因敲除小鼠的神经发生增强表型。进一步筛选排除了胰岛素样生长因子1（Insulin-like Growth Factor 1, IGF-1）和肿瘤坏死因子-α（Tumor Necrosis Factor-Alpha, TNF-α）的关键作用，确证PTEN-mTOR通路是核心调控机制。

主要技术方法

研究采用他莫昔芬（Tamoxifen）诱导的Cre-loxP系统构建小胶质细胞特异性基因敲除小鼠模型（包括Cx3cr1^CreER-Alk5^fl/fl、P2ry12^CreER/CreER-Alk5^fl/fl等），通过免疫组织化学、荧光激活细胞分选（FACS）、qRT-PCR、单细胞RNA测序（scRNA-seq）等技术分析细胞表型与分子变化，并利用行为学测试（高架迷宫、巴恩斯迷宫等）评估功能影响。雷帕霉素干预实验用于验证通路机制。

研究结果

1. 小胶质细胞ALK5缺失导致稳态失调和小胶质细胞增生

基因敲除小鼠小胶质细胞稳态标志物表达下调，增殖标志物Ki67阳性细胞增加，呈现反应性表型，但星形胶质细胞未受影响。

2. TGF-β信号通路关键组分缺失均促进海马神经发生

不仅ALK5受体敲除，TGF-β1配体或TβRII受体敲除同样可增强SGZ神经发生，表明TGF-β信号通路整体抑制神经发生。

3. 神经发生增强源于新生神经元存活率提高

BrdU标记显示基因敲除小鼠新生神经元存活率显著提升（约50%），而非增殖增加，且这一效应可被雷帕霉素逆转。

4. PTEN-mTOR通路是关键介质

scRNA-seq与功能实验证实，小胶质细胞TGF-β信号缺失通过下调神经前体细胞PTEN，激活mTOR通路，从而促进其存活与分化。

结论与意义

本研究颠覆了传统观念，首次揭示小胶质细胞TGF-β信号缺失诱导的反应性状态可通过PTEN-mTOR通路增强海马神经发生，并改善焦虑样行为。这一发现不仅深化了对神经炎症与神经发生复杂关系的理解，还为阿尔茨海默病、癫痫等神经疾病提供了新的治疗思路：调控特定小胶质细胞状态可能成为促进脑修复的有效策略。研究发表于《Nature Communications》，为靶向小胶质细胞治疗神经精神疾病奠定了重要理论基础。