Immunity：近距离观察小胶质细胞器的新方法

　　小胶质细胞是大脑中免疫系统的前线执行者。它们是在大脑中巡逻的细胞，摧毁它们遇到的任何有害物质，从入侵的细菌到细胞碎片。它们还能去除斑块……

　　

小胶质细胞是大脑中免疫系统的前线执行者。它们是在大脑中巡逻的细胞，摧毁它们遇到的任何有害物质，从入侵的细菌到细胞碎片。它们还能去除斑块，修剪神经元之间功能失调的突触。

小胶质细胞通过吃掉它们的目标来消灭它们:它们包裹物质并将其密封在被称为吞噬体的泡状细胞器中。然后，吞噬体可以与分解其内容物的其他细胞器融合。

小胶质吞噬体在大脑发育、脑功能和大量脑部疾病(包括神经变性和脑癌)中发挥着重要作用。因此，了解小胶质吞噬体生物学有助于开发目前无法治疗的脑部疾病的新疗法。

然而，小胶质细胞及其细胞器一直难以研究，因为现有的干细胞和动物模型与人脑中的小胶质细胞不够相似，而且小胶质细胞作为警惕的免疫巡警，即使对细微的刺激也会做出反应，因此实验条件可能引发细胞的变化，从而混淆分析。

为了克服这些问题，Whitehead研究所创始成员、麻省理工学院生物学教授Rudolf Jaenisch，弗莱堡大学神经病理学教授Marco Prinz和弗莱堡大学的神经病理学家Emile Wogram，他作为Jaenisch实验室的博士后研究员开始了这个项目，已经开发出一种方法，以快速，温和和公正的方式分离和分析小胶质细胞吞噬体。

在8月15日发表在《Immunity》杂志上的研究中，研究人员描述了他们如何从干细胞衍生的小胶质细胞和新鲜的人类脑组织中分离和分析吞噬体。他们还分享了关于人脑吞噬体生物学的新见解，包括突触修剪和小胶质细胞产生NAD+(一种在大脑中广泛使用的分子)。

研究人员开发的从细胞中分离吞噬体的方法使用免疫沉淀，其中抗体锁定在细胞器表面的特定靶蛋白上。

当抗体被收集时，它们会拉着细胞器。这项技术避免了许多可能改变小胶质细胞轮廓的化学扰动。有时，研究人员通过基因工程为抗体设计一个目标，但为了从人类脑组织中分离出吞噬体，Wogram必须找到一个自然表达的目标。最终，他和同事们找到了一种蛋白质:CD68。

研究人员首先从干细胞来源的小胶质细胞中分离出吞噬体。他们将小胶质细胞与其他类型的脑细胞共同培养，以创造一个更像大脑的环境，从而使大脑和干细胞衍生的小胶质细胞基因表达更好地匹配。

他们触发一些小胶质细胞进入炎症或类似疾病的状态，看看这是如何影响吞噬体的。此外，Wogram还与弗莱堡大学的神经外科部门合作，在手术中切除脑组织后立即进入脑组织。他在脑组织移除后半小时内将吞噬体从脑组织中分离出来，使他能够在细胞器内容物发生很大变化之前对其进行分析。

研究人员建立的图谱包括吞噬体所含的蛋白质和代谢物，以及全细胞基因表达图谱。这些特征在不同的吞噬体之间差异很大，但研究人员发现了一个一致的核心蛋白质，包括许多已知的和一些未知的吞噬体蛋白质。

结果表明，吞噬体含有敏感的信号分子，使它们能够对即使是细微的环境刺激也能迅速做出反应。

此外，共培养的小胶质细胞的蛋白质含量提供了强有力的证据，表明当小胶质细胞修剪突触时，它们主要修剪发送信号的一侧，而不是接收信号的一侧。这一见解可能有助于理解小胶质细胞在健康和疾病中如何与突触相互作用。

研究人员还深入了解了发生在小胶质细胞内部的关键代谢途径。过量的喹啉酸分子会对神经元有毒;它被认为与许多神经退行性疾病有关。然而，细胞可以利用喹啉酸制造NAD+，一种广泛用于执行基本细胞功能的分子。

小胶质细胞是唯一产生NAD+的脑细胞。Wogram及其同事发现，这个过程的关键步骤发生在吞噬体中。因此，吞噬体对于清除过量的喹啉酸以防止毒性和帮助在大脑中生成NAD+都是必要的。

最后，Wogram利用脑组织将肿瘤内的吞噬体与周围健康组织中的吞噬体进行比较。肿瘤吞噬体中含有过量的喹啉酸。尽管需要后续研究来证实这些结果，但这些发现与癌细胞使用喹啉酸来促进其生长的研究是一致的。

总的来说，这些发现阐明了吞噬体生物学的各个方面，以及吞噬体在正常大脑发育和维持以及癌症和神经变性中可能发挥的作用。研究人员还预计，他们的方法可以证明对其他细胞器的分析是有用的，特别是当这些细胞器需要从人体组织中快速分离出来时。