小胶质细胞的VRK2调控丘脑中星形胶质细胞的GABA合成及持续性抑制作用

《GLIA》：Microglial VRK2 Regulates Astrocytic GABA Synthesis and Tonic Inhibition in the Thalamus

　　VRK2通过调控小胶质细胞介导的细胞因子信号（尤其是TNF-α途径）维持中项前叶（MD）丘脑的静息抑制电流，其缺失导致兴奋性突触输入减少和抑制性GABA合成受阻，进而引发丘脑-皮质环路功能障碍，可能参与精神分裂症等神经发育障碍的病理机制。

　　VRK2与神经发育障碍的关系及其对脑干核团的影响

神经发育障碍（NDDs）是一类影响大脑结构和功能的疾病，涵盖广泛，如精神分裂症、自闭症谱系障碍（ASD）和智力障碍等。这类疾病通常表现为认知和行为功能的受损，而其中一些遗传因素已经被识别。Vaccinia-related kinase 2（VRK2）作为其中一个重要的遗传风险因子，与多种NDDs密切相关。特别是在精神分裂症和癫痫等疾病中，VRK2的变异被反复发现与大脑皮层和皮层下区域的功能异常有关。然而，尽管VRK2的遗传关联性得到了广泛验证，其如何影响脑干核团的功能仍不明确。本文的研究揭示了VRK2在维持脑干核团抑制性神经活动中的关键作用，并通过一系列实验验证了其在神经元和胶质细胞之间的非细胞自主调控机制。

研究中发现，VRK2在脑干的特定核团——中脑背侧核（MD thalamus）中发挥重要作用。MD thalamus是高级神经功能的重要枢纽，参与执行功能和社交行为的调控。在VRK2缺失的小鼠模型中，研究人员观察到MD thalamus中静息GABA电流显著减少，同时兴奋性突触输入也有所下降，但神经元的内在兴奋性保持不变。这表明VRK2的缺失主要影响的是神经元之间的突触传递和胶质细胞介导的抑制性调控，而不是神经元自身的活动特性。值得注意的是，虽然VRK2并不在星形胶质细胞中表达，但其缺失却显著影响了星形胶质细胞介导的静息抑制，这提示VRK2可能通过非细胞自主的机制影响胶质细胞的功能。

通过单细胞和整体转录组分析，研究人员进一步发现VRK2主要在小胶质细胞中表达。在VRK2缺失的小鼠中，小胶质细胞的表达谱发生了显著变化，特别是在细胞因子信号通路方面。这种变化提示VRK2可能通过调控小胶质细胞的细胞因子释放来影响星形胶质细胞的GABA合成。为了验证这一假设，研究者在野生型小鼠中使用了药物手段减少小胶质细胞数量或抑制TNF-α信号，结果与VRK2缺失小鼠中观察到的静息GABA电流下降相似。这表明小胶质细胞的细胞因子信号在维持星形胶质细胞介导的GABA释放中扮演关键角色。

在进一步的实验中，研究人员探索了VRK2缺失对星形胶质细胞GABA合成的影响。他们发现，VRK2缺失导致星形胶质细胞中DAO和ALDH1A1的表达水平下降，而MAOB、BEST1和GABA受体成分则保持不变。DAO和ALDH1A1是GABA合成的重要酶，它们通过代谢多胺（如腐胺）来生成GABA，从而影响神经元的抑制性调控。而MAOB、BEST1和GABA受体成分的表达未受影响，说明VRK2的缺失主要影响的是GABA的生成，而非其释放或受体的表达。这一发现为理解VRK2在NDDs中的作用提供了新的视角，即它可能通过调控小胶质细胞的细胞因子信号来影响星形胶质细胞的GABA合成，从而改变整个脑干核团的抑制性神经活动。

此外，研究还发现，VRK2的缺失不仅影响了MD thalamus，还在其他第一级和第二级脑干核团中表现出类似的效应。这提示VRK2可能在更广泛的脑干网络中发挥功能，而不仅仅是特定的区域。例如，在脑干背侧核（VB thalamus）中，同样观察到了静息GABA电流的减少，这进一步支持了VRK2在维持脑干抑制性活动中的普遍作用。脑干核团的功能异常已被与多种NDDs相关联，如精神分裂症和ASD，而VRK2的缺失可能通过影响这些核团的抑制性调控，间接导致这些疾病中观察到的认知和感觉功能障碍。

研究还探讨了小胶质细胞在调控星形胶质细胞功能中的具体作用。通过分析VRK2缺失对小胶质细胞密度、形态和细胞因子信号的影响，研究者发现VRK2的缺失不仅减少了小胶质细胞的数量，还显著改变了其基因表达谱，特别是在细胞因子相关通路中。这些变化可能通过影响小胶质细胞与星形胶质细胞之间的相互作用，进而改变GABA的合成和释放。例如，在VRK2缺失的小鼠中，Tnfsf9和Il12rb1的表达水平下降，而Traf1的表达水平上升，这些基因的变化与细胞因子信号的失调有关。这表明VRK2在小胶质细胞中可能通过调控细胞因子的产生和释放，间接影响星形胶质细胞的功能。

进一步的药理学实验也验证了这一机制。当使用TNF-α抑制剂C87处理野生型小鼠时，同样观察到了静息GABA电流的减少，这与VRK2缺失小鼠中的表现相似。这说明TNF-α信号在维持星形胶质细胞的GABA合成中起着关键作用。此外，当使用DAO和ALDH1A1抑制剂处理脑片时，静息GABA电流也显著下降，这进一步支持了DAO–ALDH1A1通路在GABA合成中的重要性。而MAOB的抑制则未对静息GABA电流产生显著影响，说明该通路并非主要的GABA合成途径。

这些研究结果揭示了一个新的胶质细胞-胶质细胞信号轴，即小胶质细胞中的VRK2通过调控细胞因子信号，间接影响星形胶质细胞的GABA合成，从而维持脑干核团的抑制性活动。这一机制不仅限于MD thalamus，还可能在其他脑干核团中发挥作用，如VB thalamus。这种抑制性调控的失衡可能直接导致脑干-皮层通路的功能障碍，进而影响认知和行为表现。

从临床角度来看，这些发现具有重要意义。许多NDDs患者在脑干区域表现出结构和功能的异常，这可能与VRK2的缺失或功能障碍有关。例如，精神分裂症和ASD患者的脑干功能异常已被多次报道，而VRK2的缺失可能通过影响脑干核团的抑制性调控，进而导致这些疾病的认知和行为症状。此外，VRK2的缺失还可能影响星形胶质细胞的代谢和信号传递，从而改变整个脑网络的动态平衡。

综上所述，VRK2在维持脑干核团的抑制性活动方面起着至关重要的作用。它通过调控小胶质细胞的细胞因子信号，间接影响星形胶质细胞的GABA合成，从而维持脑干-皮层通路的正常功能。这一机制不仅解释了VRK2在NDDs中的作用，还为未来的治疗策略提供了新的思路。通过靶向调控小胶质细胞的细胞因子信号，可能有助于恢复脑干核团的抑制性活动，从而改善与VRK2相关的神经发育障碍。这一研究为理解胶质细胞在神经调控中的作用提供了重要的基础，并强调了小胶质细胞和星形胶质细胞之间复杂而精细的相互作用在维持神经网络功能中的重要性。