《EXPERIMENTAL AND MOLECULAR MEDICINE》：Microglia-associated progression of multiple sclerosis: target identification and therapeutic engagement in human in vitro models
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这篇综述系统地阐述了小胶质细胞（microglia）在多发性硬化（Multiple Sclerosis, MS）慢性进展中的核心作用，并重点探讨了如何利用人类诱导多能干细胞（induced Pluripotent Stem Cells, iPS细胞）衍生的体外模型来克服传统动物模型的局限性。文章深入分析了从单层培养到三维类器官（organoids）等多种模型的优势与局限，旨在构建一个利用这些模型识别新型治疗靶点并评估干预策略的有效框架。
多发性硬化（MS）是一种中枢神经系统（CNS）的炎症性脱髓鞘疾病，其慢性进展是导致不可逆神经功能缺损的主要原因。目前广泛使用的疾病修饰疗法（DMTs）主要作用于外周免疫系统，对控制疾病复发有效，但在阻止进展方面效果有限。越来越多的证据表明，MS的进展与中枢神经系统内局限化的、由驻留细胞驱动的慢性炎症密切相关，而小胶质细胞作为中枢神经系统的固有免疫细胞，在其中扮演着核心角色。因此，深入理解小胶质细胞在疾病进展中的作用机制，并开发能有效靶向它们的疗法，成为当前研究的关键方向。
MS进展的复杂性与小胶质细胞的核心地位
MS的进展是一个多机制驱动的复杂过程，涉及急慢性炎症、白质与灰质脱髓鞘、氧化应激、线粒体功能障碍等，最终导致神经元损失和神经退行。这些过程均发生在中枢神经系统内部，使得位于其中的小胶质细胞成为关注的焦点。在MS中，不同病变类型内会出现多种活化的小胶质细胞表型，其特征是稳态标志物表达减少和促炎标志物表达增加。尽管这些细胞通常表现出更强的致病性，但关键稳态功能的丧失也可能导致损伤加剧和修复能力下降，从而驱动疾病进展。鉴于其持续参与MS进程，小胶质细胞成为一个极具吸引力的潜在治疗靶点。
动物模型的局限性与人类体外模型的兴起
传统的临床前动物模型在开发针对复发型疾病的疗法中发挥了重要作用，但在模拟MS进展方面却力不从心。它们只能反映疾病的某些方面，且缺乏关键的人类特征，存在显著的物种间差异，这阻碍了从临床前研究向临床的转化。因此，基于人类细胞的体外模型应运而生，成为剖析细胞机制和识别新治疗靶点的有力工具。
人类体外模型的类型与特点
目前的研究模型涵盖了从简单的二维（2D）单层培养到复杂的三维（3D）共培养系统。
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原代小鼠细胞培养：被广泛用于研究潜在疗法对小胶质细胞的直接影响。例如，研究揭示了脂肪因子失调在MS病理中的作用，并发现其类似物LIT-01-200在实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）模型中具有神经保护作用并能调节小胶质细胞炎症反应。针对布鲁顿酪氨酸激酶（Bruton’s Tyrosine Kinase, BTK）的抑制策略也在原代小鼠小胶质细胞中显示出减少促炎激活和增强吞噬能力的效果。然而，啮齿类动物细胞存在物种差异，且通常从新生大脑分离，可能无法完全代表成熟的小胶质细胞表型。
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原代人类细胞培养：使用尸检或手术切除的脑组织分离，能克服物种差异，但受限于组织稀缺、分离产量低、细胞不增殖、培养质量可变以及伦理问题。尽管如此，它们已被用于研究，例如发现MS患者的髓鞘更容易被小胶质细胞吞噬，且这种吞噬能力随小胶质细胞供体年龄增长而增强。
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iPS细胞培养：为解决原代人类细胞的稀缺性问题提供了理想方案。人iPS细胞可以分化为小胶质细胞，并具有人类遗传背景，可用于模拟多基因疾病、进行基因编辑和高通量分析。研究发现，来自MS患者的iPS细胞来源的小胶质细胞（MS microglia）与健康供体（HCs）来源的相比，存在内在的基线状态改变，例如稳态基因P2RY12表达降低，这与MS患者尸检脑组织中的发现一致。MS小胶质细胞还显示出特定的转录特征，包括与免疫激活相关的基因上调，以及对急性炎症刺激具有抵抗性的细胞自主性炎症状态。然而，iPS细胞在重编程过程中可能产生表观遗传记忆，影响分化能力和基因表达，且目前分化得到的小胶质细胞在转录谱上更接近胎儿而非成人小胶质细胞，可能影响对年龄相关过程的研究。
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共培养系统：单培养的小胶质细胞缺乏中枢神经系统环境信号，无法完全重现其在体内的稳态表型。与神经元、星形胶质细胞等其他中枢神经系统驻留细胞的共培养，可以通过受体-配体相互作用（如CD200-CD200R, CX3CL1-CX3CR1）提供关键环境线索，部分恢复其稳态基因特征和形态，并有助于研究细胞间的相互作用。例如，在使用神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞的三重培养系统中证实，BTK抑制所观察到的抗炎效果主要是由小胶质细胞介导的。
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iPS细胞三维培养（类器官与组装体）：为了更真实地模拟体内的复杂脑环境，三维培养模型应运而生。
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球状体：由分别分化的脑细胞谱系组装而成，结构相对简单均一，适合药物筛选。已有研究构建了包含小胶质细胞和功能性血脑屏障的脑球状体，可用于研究药物穿透BBB的能力及其对包括小胶质细胞在内的CNS细胞的调节作用。
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脑类器官与组装体：能更好地模拟脑组织结构。通过将体外分化的小胶质细胞迁移并植入脑类器官，或通过改变培养条件（如不使用双SMAD抑制剂）使小胶质细胞在类器官内自发产生，可以构建包含小胶质细胞的复杂模型。这些模型中的小胶质细胞表现出高度分支化的形态，能够对损伤和促炎刺激作出反应，并能吞噬Aβ。更重要的是，此类模型能够用于研究MS中的关键病理过程。例如，用MS患者的脑脊液刺激富含胶质细胞的类器官，可诱导小胶质细胞产生与MS慢性活动性病变边缘细胞相似的转录组变化，并增加小胶质细胞与星形胶质细胞之间的相互作用。另一项研究发现，炎症信号（如MS脑脊液或促炎细胞因子）能诱导类器官中的小胶质细胞和星形胶质细胞发生细胞衰老，这一过程与MS病变病理相关，而抗炎药物（如BTK抑制剂tolebrutinib）可以减轻这种衰老样表型。此外，在髓鞘化的脑类器官模型中，研究显示小胶质细胞在脱髓鞘后下调与胆固醇代谢相关的基因，而在髓鞘再生过程中上调，并且小胶质细胞的存在能促进少突胶质前体细胞增殖和分化，表明其在支持髓鞘修复中的作用。
未来展望与挑战
人类iPS细胞来源的体外模型，特别是复杂的3D共培养和类器官模型，为在更接近人体的环境中研究小胶质细胞在MS进展中的作用机制提供了前所未有的平台。它们有助于识别新的治疗靶点（如BTK、细胞衰老通路、脂质代谢相关靶点），并评估候选药物的疗效和作用机制。然而，这些模型仍面临挑战，包括如何更好地模拟成年人的小胶质细胞状态、提高模型的复杂性和再现性、以及标准化培养方案以实现结果的可比性。未来，通过整合患者特异性iPS细胞、多组学分析和更复杂的多细胞系统（如包含血管单元），将进一步提升这些模型在理解MS进展生物学和加速治疗开发方面的转化价值。
