撰稿 | 苏怡汀

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小胶质细胞是中枢神经系统重要的免疫细胞，在大脑中可谓身兼数职。在生理状态下，小胶质细胞处于静息状态，不时地伸缩它的突起，像巡逻兵一般警觉地检测周围环境。在大脑发生感染病变时，它又能被迅速激活，参与一系列免疫应答反应。除此之外，小胶质细胞还有一个更小众的身份：我们知道，在健康大脑的发育阶段，神经元会形成远多于实际需要的突触连接，因此需要修剪掉功能不适合的连接才能形成适当的环路，这时的小胶质细胞就摇身一变成了Tony老师，参与突触修剪过程，调节环路发生。

不过，神经突触主要分为兴奋性突触和抑制性突触两类，这两类突触在组成和功能上都截然不同，小胶质细胞是一视同仁地修剪两种突触，还是两种突触各自有自己专属的小胶质细胞呢？近日，来自哈佛医学院的Gord Fishell团队在Cell发表GABA-receptive microglia selectively sculpt developing inhibitory circuits，得出答案是后者。他们找到了一类表达特定GABA受体的小胶质细胞，这类细胞只在小鼠发育阶段选择性地修剪抑制性突触，而不会影响兴奋性突触的发育，如果敲除掉这类小胶质细胞的GABA受体，不仅会影响抑制性突触的修剪过程，还会导致小鼠行为异常。

首先，研究人员在小鼠出生后注射两周PLX5622药物，短暂地去掉大脑的小胶质细胞，他们发现没有了小胶质细胞之后，不同脑区的抑制性中间神经元（PV，SST等）投射到兴奋性细胞的抑制性突触增多了。抑制性突触的增多还伴随着抑制性功能的增强，这表现为抑制性突触后电流的频率和幅度都有所增加。

小胶质细胞修剪突触通常需要三步：趋化作用（chemotaxis），靶向识别（target recognition），吞噬（ phagocytosis）。为了观察小胶质细胞与抑制性突触的相互作用，研究人员分别用不同的荧光标记了小胶质细胞和PV细胞的突触末梢，在超分辨率显微镜下捕捉了小胶质细胞和PV细胞突触小结接触的画面。不仅如此，还有一部分的突触小结被小胶质细胞紧紧包围着，这些突出小结与溶酶体荧光共定位，或许正在进行吞噬作用。

为了进一步实况直播这两者的相互作用，研究人员通过双光子显微镜实时成像，发现了两类小胶质细胞：一种与PV神经元的突触小结互动更亲密，时间也更长，另一种则很少接触突触小结，互动的时间也更短。这说明在与抑制性突触的互动中，至少有两类不同（或两种不同状态）的小胶质细胞存在。

到底是什么介导了抑制性神经突触与小胶质细胞不同互动方式呢？通过分析已有的转录组数据，研究人员推测神经递质γ-氨基丁酸（GABA）与GABA_B受体很可能参与其中：GABA能触发小胶质细胞发生一系列电化学性质和形态学变化，而这些变化主要都由表达在小胶质细胞上的GABA_B受体介导。GABA_B受体响应GABA信号需要同时表达Gabbr1和Gabbr2两个受体亚单位，研究人员发现，在小鼠出生后15天，体感皮层S1区域有一半的小胶质细胞表达Gabbr1，但只有25%的小胶质细胞同时表达Gabbr1和Gabbr2两个亚单位。有趣的是，只有抑制性突触末梢周围的小胶质细胞表达Gabbr2，而兴奋性突触末梢周围的小胶质细胞并没有Gabbr2表达，也就是说，Gabbr2阳性的小胶质细胞很可能是抑制性突触的专属Tony老师。

为了直接验证这一假说，研究人员将PV细胞内的GABA_B1R选择性敲除，如果假说成立的话，由于兴奋性突出末梢的小胶质细胞为Gabbr2阴性，本身就不能响应GABA信号，因此敲除GABA_B1R并不会对兴奋性突出产生进一步的影响，但如果Gabbr2阳性的小胶质细胞没有了GABA_B1R，就变成了无法响应GABA信号的细胞了，这将影响到抑制性突触的修剪和重建。果然，研究人员发现敲除GABA_B1R后，兴奋性突触与小胶质细胞的相互作用毫发无损，而抑制性突触与小胶质细胞的互动则大大降低了，此时兴奋性细胞接收到PV投射而来的抑制性突触连接增加，又出现了与开始直接去掉小胶质细胞后相似的现象。

单细胞转录组分析显示，小胶质细胞是一个异质性很大的群体，研究人员发现，选择性敲除GABA_B1R的小胶质细胞并没有改变总体细胞类群结构，但敲除组的其中一个细胞类群与突触修剪有关的基因表达量显著降低了。如果训练一个分类器通过突触修剪相关基因来预测小胶质细胞是来自对照组还是敲除组，则发现用突触修剪基因信息就足以将两者分开。此外，研究人员还通过空间转录组分析技术MERFISH进一步验证了单细胞转录组的分析结果，确认敲除组只有响应GABA的一类小胶质细胞内的突触修剪基因有所降低，而其他类群与对照组无异。

最后，没有了GABA响应的小胶质细胞，会导致小鼠的行为变化吗？通过机器学习MoSeq技术来分析小鼠的行为音节模块（syllable），研究人员发现敲除组的小鼠在出生后30天表现出很多快速的行为（比如跑和跳），在60天时，小鼠的快速行为越来越频繁，快速行为模块之间的转变也变得更多了，慢速行为（比如停顿）则有所减少。这些结果说明，没有了响应GABA的小胶质细胞，小鼠的行为也产生了异常，整体呈现过度活跃的倾向。

兴奋性抑制性比例失调与很多神经系统疾病有关，本项研究发现不同的小胶质细胞各司其职，分别调节兴奋性和抑制性突触发育，这将为神经系统疾病的发生机制提供新的依据。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.06.018