哺乳动物发育大脑中神经元与免疫细胞动态的活体观察

     清华大学领衔开发了一种高稳定性、多视角、长时程的胚胎小鼠宫内活体成像技术（IMEE），在体阐明了胚胎小鼠大脑皮层内抑制性神经元与血管网络及小胶质细胞间的动态互作模式。研究还为神经发育性疾病模型小鼠中神经元迁移异常提供了全新在体证据，同时解析了胚胎免疫细胞在响应环境压力时的动态行为模式。为解析大脑发育过程中的神经–血管–免疫系统互作机制与协同发育机制开辟了全新研究范式。

      IMEE活体成像技术通过辅助支持装置固定胚胎小鼠并结合双光子显微成像，实现了对E10.5至E16.5胚胎小鼠的长时程、大视野、高深度活体观测。研究通过监测胚胎脑内血流，检查胚胎形态，评估胚胎脑组织细胞活性、组成及细胞功能等多方面指标，证实IMEE成像过程中胚胎小鼠发育状态正常。

      利用不同品系的转基因小鼠内源荧光标记或小鼠胚胎电转技术，研究标记了胚胎小鼠大脑皮层内的兴奋性或抑制性神经元，并结合IMEE成像，系统鉴定了不同类型神经元的个体与群体迁移模式。结果显示，源于背侧端脑的新生兴奋性神经元通过多极化迁移（Multipolar migration）、位移运动（Locomotion）及胞体转运（Somal translocation）方式在大脑皮层中进行径向迁移；而产生于腹侧端脑的抑制性神经元则分别通过异质或同质方向扩散模式于皮层边缘区（Marginal zone，MZ）或脑室下区（Subventricular zone，SVZ）进行切向迁移。

      此外，借助IMEE技术，研究对Cx3cr1GFP+/-转基因胚胎小鼠大脑皮层中内源荧光标记的小胶质细胞进行了实时观测，并结合细胞形态变化构建向量场，进行了拓扑分解分析。结果显示，静息状态下的毛细血管相关小胶质细胞（Capillary-associated microglia，CAMs）与脑实质小胶质细胞（Parenchymal microglia，PCMs）在环境监视中表现出不同的动态行为模式，其中后者显示出更活跃的细胞突起伸缩运动。

      结合活体血管标记技术与IMEE，研究实现了对哺乳动物胚胎大脑内神经–血管–免疫互作的实时观测。根据抑制性神经元在切向迁移过程中引导突与血管的接触方式，可区分出两类互作模式：末端接触（Terminal contact，TC）与突起接触（Process contact，PC）。结果表明，末端接触会引发神经元引导突分支收缩或新生，从而改变迁移路径以绕过接触对象；而突起接触则允许神经元沿原方向继续迁移，例如沿血管壁“滑动”。

      此外，通过单细胞及组织转录组测序分析，研究解析了Eph-ephrin与Plexin-Semaphorin两类化学排斥性信号通路成员在神经元、血管内皮细胞与小胶质细胞中的表达模式与潜在细胞间通讯模式。进一步体内实验证实，EphA4受体在介导中间神经元引导突末端接触血管后的排斥行为中起关键作用。

      将IMEE应用于丙戊酸诱导的自闭症谱系障碍小鼠模型，揭示了抑制性神经元的迁移行为缺陷，将细胞动态异常与宏观发育表型直接关联，为理解此类疾病在胚胎期的病理机制提供了关键在体证据。

通过子宫内损伤模型结合IMEE，研究证实胚胎小胶质细胞能迅速响应损伤、聚集至受损区域，并转化为激活状态，执行吞噬与组织修复功能。（信息来源：清华大学）