复旦大学赛音贺西格团队发现人类胎脑次级小胶质细胞生成中心

　　

人类文明根植于其强大的大脑。在万物之中，唯有人脑具备创造哲学、科学、艺术及复杂工具的卓越能力，既能探索寰宇，亦能洞悉生命微观。人类大脑之所以独特，源于胚胎时期一种特殊发育模式：形成高度发达的外围脑室下区（outer subventricular zone, oSVZ）。从怀孕第13周起，这一区域如同爆发般扩增，持续至22周左右，为人类大脑的精密结构奠定了基础。在神经网络的“大兴土木”中，难免产生细胞死亡或异常突起。若不及时清理，便会引发神经炎症，甚至导致发育畸形。执行这项重任的，是占脑细胞总数约15%的小胶质细胞——它们本是起源于卵黄囊的“远方游子”，长途跋涉进入大脑。但在oSVZ极速扩张的巅峰期，仅靠早期的“移民”显然供不应求。这些海量的小胶质细胞究竟从何处涌现？

近日，复旦大学生命科学学院赛音贺西格与基础医学院马丽香课题组，联合同济大学附属妇产科医院贺其志主任在人类大脑发育与免疫交叉领域迎来重要突破。这一项题为“Identification of secondary microglia formation center in the human fetal brain”的研究在国际权威期刊《Journal of Experimental Medicine》上正式发表 （10.1084/jem.20251801）。该研究首次在人类胎儿大脑中鉴定出一种被命名为“次级小胶质细胞生成中心”（SMFC）的全新组织结构，为解答人类大脑发育高峰期小胶质细胞的快速供应机制提供了关键拼图。

图1. （A） 15 周龄胎儿脑连续切片中的小胶质细胞聚集区域。右侧为面积和细胞计数。（B） IBA-1和Ki67抗体染色显示小胶质细胞聚集区域内细胞有很强的增殖能力。（C）不同区域内的增殖细胞之间的差异。小胶质细胞增殖区域内细胞形状与其它区域的增殖细胞有明显差别。（D）小胶质细胞增殖区内有大量的IL34表达细胞。中心区域内的小胶质细胞高表达CSF-1R.

 小胶质细胞作为大脑中的常驻吞噬细胞，维持着中枢神经系统的结构与功能稳态。人类胎儿大脑在发育过程中具有一个独特的、快速扩张的外围脑室下区（oSVZ）。在这个大脑皮层急剧扩张的时期，这些早期定植的小胶质细胞如何快速扩增以填补巨大的缺口，在此之前一直是个未解之谜。为解开这一谜题，研究团队延用他们的可以达到近64nm的超高分辨率扫描技术对5-22孕周的人类胎儿大脑厚切片进行了系统的精细观测。他们在孕13周左右的胎儿脑切片的特定区域中探测到特殊的增值能力非常强的高密度的小胶质细胞群。该区域面积很大，单张切片中可达2.129 mm2，九张切片中的总面积接近7mm²。其中增值的细胞比例达到25%以上。这个区域位于皮层深部与纹状体交接处，部分于内囊的细胞桥重合。这个区域内的细胞形状与其它区域，包括皮层，脑室及纹状体细胞，有天壤之别。大部分细胞是圆形的，缺少小胶质细胞特有的复杂的突起结构，吞噬结构及细胞膜的皱褶。此外，这个区域周边出现朝向大脑的迁移的细胞。以往认为，免疫细胞的聚集是炎症反应的特征。但这个区域的细胞没有炎症反应的特征，包括小胶质细胞的活化和其它炎症细胞的聚集。人体内存在许多免疫细胞扩增中心，包括淋巴结、扁桃体和脾脏等，称为次级免疫器官。这结果显示如同人体内其它免疫细胞，人脑内的小胶质细胞同样需要一个次级中来扩增细胞数量， 满足人体的特定时期的特定需求。分子特征方面，SMFC中的小胶质细胞高表达集落刺激因子1受体(CSF-1R)，并这个区域富集的白介-34（IL34）的神经元。在机制探索方面，研究团队联合脑类器官模型，成功构建了嵌合小胶质细胞-大脑皮层类器官的体外模型，在体外重现了SMFC这一复杂的动态结构。扰动实验有力地证实，SMFC的形成高度依赖于IL34和CSF-1R信号通路，这为进一步研究人类大脑免疫发育提供了有效的体外平台。

图2. (A)胚胎干细胞诱导分化来的小胶质细胞在人类皮层类器官表面形成的类似次级小胶质细胞增殖中心的结构(12-15天)。（B）干细胞诱导分化来的小胶质细胞在人类皮层类器官内形成的复杂分支突起的小胶质细胞（30天后）。（C, D） SV40小胶质细胞形成的类次级小胶质细胞增殖中心的结构。这些聚集细胞具有很强的增殖能力。

该研究进一步探讨了SMFC在神经发育障碍中的病理意义。研究团队发现，在唐氏综合征（DS）和爱德华兹综合征（ES）胎儿的大脑中，SMFC区域出现了异常扩大，单张切片中面积分别达到4.767 mm2和3.437 mm2，且其内部小胶质细胞的增殖比例也异常上升。这项开创性研究不仅明确SMFC在响应人类皮层快速扩张期，快速供应小胶质细胞的重要生理作用，同时也为探究唐氏综合征等发育缺陷疾病的早期神经病理机制开辟了全新的视角。

图3. （A-E）15周龄唐氏综合症胎（DS）儿脑内的扩大的次级小胶质细胞增殖中的特征。次级增殖中心内的细胞增殖强，表达CSF-1R. 次级小胶质细胞增殖中心内有大量的表达IL34的细胞。其位置与正常胎儿脑内类似。

(F, G)爱德华兹综合症(ES)和特纳综合症(TS) 胎儿脑内的扩大的扩大的次级小胶质细胞增殖中的特征。次级增殖中心内的细胞增殖强，表达CSF-1R. 次级小胶质细胞增殖中心内有大量的表达IL34的细胞。其位置与正常

马丽香老师课题组的宋晨韵硕士（2024年毕业；先就读阿姆斯丹大学博士；融合类器官基础的奠定者），陈鑫宇博士 （类器官构建和MEA），纪荣博士 (提供SV-40细胞和完成体外细胞实验)，刘阳博士（融合类器官），韩雅雯硕士（融合类器官），叶方舟博士（组学数据分析）为本论文的第一作者。赛音贺西格老师完成大部分标本染色和所有胎脑染色切片组织病理分析，解读及超高分辨率扫描。马丽香老师提供了经费支持及关键细胞的分化技术。贺其志主任提供临床标本，并整理了关键临床数据，完成标本质控。李丽主任和高璐老师提供了部分标本。张玲博士（先任职华盛顿大学）提供了全脑透明化技术。该课题的得到了国家重大研发计划，国家自然科学基金和国家干细胞重大专项的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1084/jem.20251801