《Frontiers in Immunology》：Organoid–microglia system for modeling the immune microenvironment of the brain and retina
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本综述系统总结了将小胶质细胞与脑/视网膜类器官整合的三大策略（外源性添加、共分化、嵌合移植），旨在构建“人源化”神经免疫微环境。它深入探讨了此类模型在自闭症谱系障碍（ASD）、阿尔茨海默病（AD）等神经发育/退行性疾病及视网膜疾病中的应用，并展望了器官芯片、空间转录组学等前沿技术的加持。平台旨在弥补传统二维培养与动物模型的鸿沟，为研究神经-免疫互作及开发精准免疫疗法提供了强大工具。
构建模拟中枢神经系统的“人源化”免疫微环境
在中枢神经系统（CNS）中，除了负责信息处理的神经元，胶质细胞同样扮演着关键角色。其中，小胶质细胞作为CNS中唯一源自免疫系统的胶质细胞，是神经发育、功能调节和免疫应答的核心参与者。它们的功能异常与自闭症谱系障碍（ASD）、阿尔茨海默病（AD）等多种神经发育及退行性疾病密切相关。然而，传统体外模型难以模拟人体内复杂的细胞间相互作用，限制了研究的深入。干细胞衍生的脑类器官（BO）和视网膜类器官（RO）作为三维模型，能再现人体组织结构和发育轨迹，为研究神经免疫相互作用提供了革命性的平台。
整合小胶质细胞的三大策略
目前，将小胶质细胞整合进类器官主要依靠三种方法，各有优劣，适用于不同的研究目标。
1. 外源性添加法
这是目前最广泛应用的策略。即在体外从人诱导多能干细胞（iPSC）或胚胎干细胞（ESC）分化出小胶质细胞，再将其添加到已形成的类器官中。添加的时机通常选择在神经元网络已形成但胶质细胞群尚未充分发育时。常用的递送方法包括直接滴加、基质包埋、离心辅助粘附和微流控精准注射等。为维持小胶质细胞活力和形态，常需在培养基中添加IL-34、TGF-β1、M-CSF等细胞因子。
此方法简单、省时、可控性强，非常适合快速建模和高通量药物筛选。例如，在AD模型中，添加的小胶质细胞会上调与胆固醇转运相关的基因，并利用高密度脂蛋白样颗粒向神经元递送胆固醇，从而促进神经发生。在视网膜类器官中，外源性人iPSC来源的小胶质细胞也能成功整合，在炎症刺激下表现出与体内一致的吞噬能力和M1/M2极化模式，适用于研究糖尿病视网膜病变和年龄相关性黄斑变性。
但其主要局限在于，小胶质细胞倾向于停留在类器官表面，难以渗透到深层，限制了它们与神经元回路的持续相互作用和长期维持稳态的能力。
2. 自发共分化法
这种方法不依赖外部添加，而是在诱导和发育过程中，让类器官内自发地、内源地产生小胶质细胞谱系细胞。它重演了早期胚胎中胚层与外胚层的相互作用，使得iPSC能够与神经元、星形胶质细胞一同产生小胶质细胞样细胞，从而建立更接近生理状态的三维神经免疫网络。
研究表明，在人类皮质脑类器官中自发出现的小胶质细胞具有迁移、吞噬和炎症反应等关键功能。与外源性添加的小胶质细胞相比，这些类器官衍生的小胶质细胞在类器官内整合度更高，发育更同步，细胞间相互作用更充分。有比较研究显示，自发分化的小胶质细胞对Aβ暴露的反应更有效，表现出更强的清除能力和更严格的炎症调控。
这种方法在细胞整合和发育保真度上具有优势，但也存在局限性。自发分化易受iPSC细胞系和培养条件差异的影响，可重复性和可控性较低。此外，由于缺乏胚胎微环境因子，产生的小胶质细胞可能处于部分不成熟或不稳定状态，且模型仍缺乏血管结构。
3. 嵌合移植法
为了克服体外培养中小胶质细胞难以维持成熟状态的限制，研究者开发了嵌合移植模型。即将人源小胶质细胞或包含小胶质细胞的类器官移植到小鼠大脑中，利用宿主的微环境促进小胶质细胞的成熟和功能整合。这种方法为小胶质细胞提供了血管化、免疫活性及动态调节的环境，能更逼真地模拟其在人体CNS中的行为。
移植后，组织获得宿主血管支持，可长期存活，并持续表达稳态小胶质细胞标记物。与单独注射小胶质细胞相比，此策略能更好地保持人源特异性形态和功能。该模型的一个重大突破是在ASD研究中的应用，显示嵌合系统中的小胶质细胞在形态和转录组特征上与死后患者大脑高度一致，这主要受类器官微环境驱动。
类似策略也已扩展到视网膜系统。研究表明，将人iPSC来源的小胶质细胞注射到小鼠视网膜下，它们能够迁移到神经视网膜层，长期存活，并表现出分支状形态和稳态标记物表达。
嵌合移植法能高度模拟体内神经免疫相互作用，但依赖免疫缺陷动物模型，技术复杂，且需要长期的动态监测。
在疾病建模与机制研究中的应用
神经发育与小胶质细胞功能
小胶质细胞在突触形成、修剪和重塑中起关键调节作用。在视觉系统中，视网膜作为CNS的延伸，其小胶质细胞也具有复杂的功能异质性。单细胞RNA测序已鉴定出四种视网膜小胶质细胞亚型，分别与稳态维持、促炎反应及血管生成等途径相关。通过长期培养技术（如气-液界面脑类器官）模拟小胶质细胞的成熟及向衰老状态的转变，是研究病理性老化的前提。
ASD建模与机制研究
ASD的发病与神经免疫失调密切相关。母体免疫激活等早期炎症刺激可过度激活胎儿小胶质细胞，引发慢性炎症和ASD样行为，破坏突触修剪和神经发生。人类脑类器官-小胶质细胞模型为此提供了关键见解。研究表明，小胶质细胞介导的异常突触修剪是ASD病理的关键驱动因素。此外，神经-免疫类器官嵌合体实验强调，是ASD微环境而非内在遗传因素，主导了小胶质细胞的反应性形态变化。
AD建模与机制研究
在AD中，小胶质细胞扮演着双重角色：既有保护性的吞噬作用，也有慢性炎症激活。将小胶质细胞整合到人脑类器官中，可以重现对Aβ寡聚体的反应、趋化性和细胞因子分泌等复杂病理。类器官模型在破译遗传变异对小胶质细胞功能的影响方面发挥了重要作用。例如，利用iPSC衍生的AD模型发现，APOE3 Christchurch突变能增强小胶质细胞对脂质过氧化的抵抗力，并促进磷酸化Tau清除，从而保护神经元网络完整性。
视网膜类器官-小胶质细胞的应用
在视网膜中，小胶质细胞对维持正常血管发育至关重要，既能促进血管吻合形成稳健网络，也能通过激活VEGFR-3信号等机制防止血管过度生成。研究者已在人iPSC来源的眼类器官中观察到内源性产生的小胶质细胞样细胞。随后开发的“视网膜类器官+人iPSC来源的巨噬细胞祖细胞”共培养模型，成功实现了具有分支状形态的小胶质细胞整合，并表现出从激活到稳态的动态细胞因子转换。通过引入疾病相关突变或应激源，可研究小胶质细胞的激活、迁移、吞噬及神经免疫相互作用。
前沿技术与未来展望
微流控芯片
微流控芯片作为集成化的高精度三维培养平台，能通过微通道实现精准灌流，有效解决传统培养方法中营养不足、极性结构丧失和免疫细胞整合困难等挑战。在脑类器官中，各种“脑芯片”系统已广泛应用于脑肿瘤、血管疾病和神经炎症研究。类似策略也正被扩展到视觉系统，与视网膜类器官整合建立“视网膜芯片”模型，以精细调控流体剪切力和氧气分布，促进细胞高效成熟。未来，将小胶质细胞引入微流控视网膜类器官系统，有望建立更完整的视网膜免疫微环境模型。
空间转录组学与多组学分析
空间转录组学能整合组织空间信息与转录谱，实现特定细胞类型在组织内的精确定位和基因表达模式刻画。将其应用于类器官研究，可以揭示细胞分布模式和区域特异性功能特征。例如，利用“空间谱系记录”技术，成功重建了非引导性脑类器官中细胞从脑室区到皮质样结构的迁移路径，使研究者能精确定位小胶质细胞参与神经回路形成的时空动态。整合空间转录组学与单细胞RNA测序，有望构建多细胞类型的空间转录组图谱，间接揭示小胶质细胞样细胞的空间分布和状态。
未来展望与局限性
尽管类器官-小胶质细胞共培养模型取得了显著进展，但仍面临模型异质性高、功能可塑性有限、标准化困难等挑战。整合空间转录组学、多模态成像和可编程微流控系统等多学科技术，有望解决这些难题。此外，推进相互连接的多类器官模型（如脑-视网膜-肠轴）可以更准确地重现神经系统疾病的全身发病机制，并扩展其在药物筛选、个性化治疗和早期临床前转化中的应用。总体而言，类器官-小胶质细胞平台填补了传统细胞培养与体内模型间的关键空白，为了解神经免疫相互作用和加速精准免疫疗法的开发提供了强大工具。
