研究材料
技術(shù)路線
· 步驟1：通過流式分選技術(shù)、細(xì)胞學(xué)實驗結(jié)合Smart-seq2測序發(fā)現(xiàn)了小膠質(zhì)細(xì)胞的吞噬功能與線粒體的活性相關(guān)；
· 步驟2：通過10Xgenomics單細(xì)胞測序發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細(xì)胞的吞噬功能受IL-33-ST2信號軸驅(qū)動，且IL-33-ST2通路被阻斷會導(dǎo)致突觸異常和行為缺陷；
· 步驟3：實驗發(fā)現(xiàn)IL-33-ST2信號軸在小鼠體內(nèi)依賴AKT元件調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞的能量代謝；
· 步驟4：通過擬時序分析發(fā)現(xiàn)在大腦的發(fā)育過程中，小膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)AKT元件的激活受時間影響。
研究結(jié)果
1. 小膠質(zhì)細(xì)胞線粒體活性與其在大腦中的吞噬功能相關(guān)
為了探索小膠質(zhì)細(xì)胞的功能狀態(tài)是否反映在它們的細(xì)胞代謝中，作者設(shè)計比較了出生后第9天的小鼠大腦中具有不同線粒體活性程度的小膠質(zhì)細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)線粒體活性高的小膠質(zhì)細(xì)胞高表達(dá)CD63以及hallmark基因。同時通過對第9天的小膠質(zhì)細(xì)胞研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)吞噬能力強的小膠質(zhì)細(xì)胞同樣具有高表達(dá)CD63以及hallmark基因的特征。顯示了小膠質(zhì)細(xì)胞線粒體活性在功能上與小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬活性的相關(guān)性。
2. IIL-33-ST2信號通路驅(qū)動小膠質(zhì)細(xì)胞的吞噬能力
為了探索小膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)參與代謝功能相關(guān)的分子調(diào)控機制，作者設(shè)計比較了出生后第9天和第28天小鼠的MGact小膠質(zhì)細(xì)胞群，發(fā)現(xiàn)具有高表達(dá)hallmark基因的細(xì)胞群。分析該細(xì)胞群發(fā)現(xiàn)其特異性高表達(dá)IL-33。通過進一步的分析并結(jié)合實驗驗證，發(fā)現(xiàn)IL-33具有促進小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬功能的作用，IL-33及其受體ST2的信號受阻會影響小膠質(zhì)細(xì)胞對大腦神經(jīng)突觸的吞噬作用。
3.IL-33-ST2在體內(nèi)依賴AKT元件實現(xiàn)對小膠質(zhì)細(xì)胞的能量代謝途徑的調(diào)控作用
接下來，作者試圖解析IL-33調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞代謝和吞噬活性的潛在機制。通過差異基因分析，發(fā)現(xiàn)IL-33誘導(dǎo)體外培養(yǎng)的原代小膠質(zhì)細(xì)胞中參與糖代謝和氧化磷酸化的酶基因上調(diào)，提示外源IL-33可促進小膠質(zhì)細(xì)胞的糖代謝途徑。作者通過實驗對眾多糖代謝途徑中關(guān)鍵的作用元件進行驗證，發(fā)現(xiàn)IL-33可誘導(dǎo)BV2細(xì)胞中AKT、NDRG1和mTOR的快速磷酸化。顯示了IL-33-ST2信號通路依賴AKT的激活，從而對小膠質(zhì)細(xì)胞的能量代謝和吞噬作用的調(diào)控。
4. 在大腦的發(fā)育過程中，小膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)AKT元件的激活受時間影響
鑒于小膠質(zhì)細(xì)胞在出生后的發(fā)育過程中經(jīng)歷了各種功能上的變化，作者通過擬時序分析方法對不同發(fā)育階段的小膠質(zhì)細(xì)胞進行分析，識別隨著小膠質(zhì)細(xì)胞在不同發(fā)育階段中依次激活或抑制的基因信息，從而推斷出小膠質(zhì)細(xì)胞的發(fā)展軌跡。然而作者發(fā)現(xiàn)在出生后的第28天小鼠的小膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)IL-33依舊呈現(xiàn)高表達(dá)現(xiàn)象，顯示了關(guān)于小膠質(zhì)細(xì)胞的能量代謝存在其他調(diào)控途徑。通過對擬時序分析結(jié)果進一步的分析，發(fā)現(xiàn)了在第28天的細(xì)胞中代謝拮抗相關(guān)基因高表達(dá)，其中包括Pten和Inpp5d，表明AKT活性在神經(jīng)發(fā)育過程中也受到時間調(diào)控。
小編小結(jié)
作者通過10Xgenomics單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組結(jié)合Smart-seq2轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，分析了小鼠在發(fā)育過程中IL-33-ST2-AKT信號軸在大腦神經(jīng)發(fā)育過程中的重要作用。這種能量代謝的調(diào)控機制的穩(wěn)態(tài)，影響了小膠質(zhì)細(xì)胞的吞噬功能和神經(jīng)發(fā)育，為后續(xù)研究神經(jīng)發(fā)育和精神類疾病提供了新的思路和理論基礎(chǔ)。
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