Plexin-B1通过维持星形胶质细胞膜完整性及空间有序性促进脊髓损伤后胶质屏障形成与轴突再生

《Nature Communications》：Plexin-B1 safeguards astrocyte agility and glial alignment to facilitate wound corralling and axon pathfinding in mouse spinal cord injury model

　　本研究聚焦脊髓损伤（SCI）后胶质空间组织紊乱的难题，发现轴突导向受体Plexin-B1是调控反应性星形胶质细胞膜稳定性、可塑性及有序排列的关键分子。通过活细胞成像、条件性基因敲除及单核RNA测序等技术，研究揭示Plexin-B1缺失导致星形胶质细胞膜碎片脱落、运动迟缓及胶质-免疫细胞互作失调，进而阻碍损伤区压缩与轴突再生。该研究为靶向胶质细胞空间重编程的神经修复策略提供了新靶点。

　　

中枢神经系统损伤后，星形胶质细胞如何迅速构建有序的胶质屏障以隔离损伤核心、引导轴突再生，是神经修复领域的关键科学问题。在脊髓损伤（SCI）中，反应性星形胶质细胞通过延伸肥大的分支状突起包裹病灶，形成物理和化学屏障，这一过程被称为“圈闭”（corralling）。然而，这些细长且高度分支的突起如何在动态延伸和回缩中维持结构完整性？星形胶质细胞如何避免相互碰撞并沿头尾轴有序排列，构建引导轴突再生的“胶质桥梁”？这些机制尚未明确。

发表于《Nature Communications》的最新研究首次揭示，轴突导向受体家族成员Plexin-B1在调控星形胶质细胞膜稳定性、可塑性及空间排布中发挥核心作用。研究人员发现，缺失Plexin-B1的星形胶质细胞出现膜碎片脱落、肌动蛋白骨架重组异常及胞吞功能受损，导致细胞聚集和方向紊乱。在脊髓损伤小鼠模型中，星形胶质细胞特异性敲除Plexin-B1引发胶质屏障破坏、病灶扩大、免疫细胞浸润及轴突再生失败，最终阻碍运动功能恢复。该研究从细胞动力学和空间组织层面阐明了胶质修复的新机制。

关键技术方法概览

研究结合多学科技术：利用活细胞荧光成像（MemGlow、 Annexin V标记）动态追踪星形胶质细胞膜动力学；通过条件性基因敲除小鼠（Aldh1l1-CreER^TM、AAV-GfaABC1D-Cre）靶向调控星形胶质细胞中Plexin-B1表达；采用单核RNA测序（Parse Biosciences Split-seq）解析损伤后细胞类型特异性转录组；建立小鼠T8节段挫伤模型（60 kdyn冲击力）模拟临床脊髓损伤；通过免疫荧光、RNAscope原位杂交及行为学测试（Basso Mouse Scale、梯架行走、Von Frey触觉测试）评估组织修复与功能恢复。

研究结果

1. 活细胞成像揭示Plexin-B1缺失引发星形胶质细胞膜碎片脱落

通过MemGlow膜染料标记发现，Plexin-B1敲除（Plxnb1^-/-）的星形胶质细胞在培养中释放大量胞外膜碎片，且碎片快速被凋亡标记物Annexin V结合，提示膜磷脂不对称性破坏。

时间推移成像显示突变细胞突起延伸/回缩速度减慢，皮层F-肌动蛋白信号减弱，内吞功能受损，部分细胞出现膜泄漏（右旋糖酐被动扩散入胞）。

2. Plexin-B1缺失破坏细胞间接触及星形胶质细胞-轴突对齐

在成人脊髓星形胶质细胞与背根神经节（DRG）共培养体系中，对照组星形胶质细胞沿轴突生长方向有序排列，而Plxnb1^-/-细胞则呈现垂直取向或聚集。

肿瘤坏死因子（TNF）和白介素-1β（IL-1β）刺激下，突变细胞丧失定向排列能力，证实Plexin-B1介导的接触抑制性运动（CIL）是空间有序性的基础。

3. 脊髓损伤后反应性星形胶质细胞中Plexin-B1诱导调控病灶周围组织

利用Plxnb1-lacZ报告基因小鼠及RNAscope-免疫荧光双标技术，发现损伤后7天（7 dpi）Plexin-B1在胶质纤维酸性蛋白（GFAP）阳性反应性星形胶质细胞中特异性上调。条件性敲除小鼠（PB1 cKO）表现为胶质屏障破碎、病灶面积扩大、免疫细胞（IBA1⁺）浸润及细胞外基质（ECM）成分（胶原蛋白I、腱生蛋白C）异常沉积。

4. 星形胶质细胞特异性敲除Plexin-B1重现胶质边界形成缺陷表型

通过Aldh1l1-CreER^TM诱导性敲除及AAV-Cre（GfaABC1D启动子）靶向干预，证实星形胶质细胞内在的Plexin-B1信号是胶质桥梁有序组装的核心因素。突变小鼠损伤区硫酸软骨素蛋白聚糖（CSPG）分布扩散，神经丝重链（NF-H）阳性轴突再生受阻。

5. Plexin-B1缺失改变反应性星形胶质细胞基因表达谱

单核RNA测序（118,240个核）将星形胶质细胞分为6个亚群，其中sc-1（高表达Gfap、C3、Cd44）为损伤特异性反应群体。Plxnb1^-/-组该群体中769个差异表达基因富集于膜动力学、内吞及脂代谢通路，上调基因涉及磷脂爬行酶活性，与膜不稳定表型一致。

6. Plexin-B1缺失扰动小胶质细胞/巨噬细胞转录状态

损伤激活的小胶质细胞（MG-IAMs）和巨噬细胞（Mac-IAMs）在突变体中显示干扰素-γ（IFN-γ）和白细胞介素-18（IL-18）信号通路异常，CellPhoneDB预测星形胶质细胞-免疫细胞间配体-受体互作（如TGFB、VEGF通路）紊乱。

7. Plexin-B1缺失星形胶质细胞的膜脱落触发免疫激活

共培养实验及组织染色显示，突变星形胶质细胞的膜碎片被小胶质细胞/巨噬细胞吞噬，伴随溶酶体标志物LAMP1及吞噬受体Axl、TREM2表达上调，表明膜碎片作为免疫激活信号放大神经炎症。

8. Plexin-B1缺失损害损伤压缩及功能恢复

突变小鼠损伤区硫酸软骨素蛋白聚糖沉积扩大，轴突再生减少，运动功能（BMS评分、梯架行走）及感觉功能（Von Frey测试）恢复显著滞后。条件性敲除模型重现上述表型，证实表型的细胞自主性。

结论与讨论

本研究确立了Plexin-B1在脊髓损伤修复中的新功能：通过维持星形胶质细胞膜完整性、调控突起动力学及介导接触抑制性运动，保障胶质屏障的空间有序性。Plexin-B1缺失导致膜碎片脱落，这些碎片作为“吃我”信号激活免疫细胞，破坏损伤区细胞互作网络，最终阻碍轴突再生。该研究揭示了发育导向分子在成年CNS损伤修复中的重编程作用，为靶向星形胶质细胞可塑性的神经修复策略提供了理论支撑。结合团队此前发现的Plexin-B2在髓系细胞中的作用，表明Plexin家族分子通过细胞类型特异性分工协同调控胶质-免疫微环境稳态。未来需进一步解析Sema4D-Plexin-B1轴在细胞对齐中的信号传导机制，并探索膜脱落现象在其他神经病理中的普适性。