小胶质细胞被发现在人类早期大脑发育中发挥着至关重要的作用

  • 来源:新加坡科学技术研究局
  • 2023-11-16 20:59:16

一个国际科学家团队发现了小胶质细胞(大脑中的免疫细胞,充当其专门的防御团队)在人类早期大脑发育中的重要作用。通过将小胶质细胞整合到实验室培养的大脑类器官中,科学家们能够模拟人类大脑发育中的复杂环境,以了解小胶质细胞如何影响脑细胞的生长和发育。这项研究代表了人类大脑类器官发展的重大飞跃,并有可能对我们对大脑发育和疾病的理解产生重大影响。该研究“iPS 细胞衍生的小胶质细胞通过胆固醇转移促进大脑类器官成熟”于 2023 年 11 月 1 日发表在《自然》杂志上。

为了研究小胶质细胞在人类早期大脑发育中的关键作用,由 Florent Ginhoux 教授领导的 A*STAR 新加坡免疫学网络 (SIgN) 的科学家利用尖端技术创建了称为类器官的类脑结构,也称为“迷你大脑”在实验室里。这些大脑类器官与人类大脑的发育非常相似。然而,以前的模型缺乏小胶质细胞,而小胶质细胞是早期大脑发育的关键组成部分。

为了弥补这一差距,A*STAR 研究人员设计了一种独特的方案,引入由用于创建大脑类器官的相同人类干细胞产生的小胶质细胞样细胞。这些引入的细胞不仅表现得像真正的小胶质细胞,而且还影响类器官内其他脑细胞的发育。

A*STAR 分子和细胞生物学研究所 (IMCB) 的 Radoslaw Sobota 博士和他在 SingMass 国家质谱实验室的团队应用了最先进的定量蛋白质组学方法来揭示蛋白质的变化。他们的分析为类器官的蛋白质组成提供了重要的见解,进一步证实了该研究的发现。

这项研究的与众不同之处在于发现了小胶质细胞与其他脑细胞相互作用的独特途径。研究发现,小胶质细胞在调节大脑胆固醇水平方面发挥着至关重要的作用。小胶质细胞样细胞被发现含有含有胆固醇的脂滴,这些脂滴被类器官中其他正在发育的脑细胞释放和吸收。这种胆固醇交换被证明可以显着促进这些脑细胞的生长和发育,尤其是它们的祖细胞。

胆固醇约占人体总胆固醇含量的 25%,大量存在于大脑中,对神经元的结构和功能至关重要。胆固醇代谢异常与多种神经系统疾病有关,包括阿尔茨海默病和帕金森病。

为了研究脂质在大脑发育和疾病中的作用,由 Markus Wenk 教授领导的杨潞龄医学院(新加坡国立大学医学院)生物化学系的研究人员承担了数据采集的关键任务,特别是在该领域脂质组学对含有小胶质细胞的大脑类器官内的脂质组成和动态产生有价值的见解。

利用这些信息,由 Veronique Angeli 副教授领导的新加坡国立大学医学院微生物学和免疫学系的另一个团队发现,胆固醇会影响人脑模型中年轻脑细胞的生长和发育。小胶质细胞使用一种特定的蛋白质来释放胆固醇,当这个过程被阻断时,它会导致类器官细胞生长更多,从而产生更大的大脑模型。“众所周知,小胶质细胞是大脑发育的关键,但它们的确切作用仍然知之甚少。我们微生物学和免疫学系团队的这一发现特别有影响力,因为我们终于了解了胆固醇是如何运输的。我们的下一个重点我们将找出如何调节胆固醇释放以优化大脑发育并减缓或预防神经系统疾病的发作,”兼任新加坡国立大学医学院免疫学转化研究项目主任的 Veronique 副教授补充道。
 

此外,来自萨里大学和前 A*STAR 的 Olivier Cexus 博士利用蛋白质组学和脂质组学分析逐步破译了大脑类器官内复杂的分子相互作用。这为了解大脑发育中涉及的代谢串扰及其对疾病的潜在影响提供了宝贵的见解。

总之,这些集体努力有助于加深我们对小胶质细胞的作用和大脑类器官中的分子成分及其对人类健康的影响的理解。

了解小胶质细胞在大脑发育和功能中的复杂作用是一个活跃的研究领域。我们的发现不仅增进了我们对人类大脑发育的理解,而且有可能影响我们对大脑疾病的认识。这为未来神经发育状况和潜在疗法的研究开辟了新的可能性。”

Florent Ginhoux 教授,新加坡科技研究局 SIgN 高级首席研究员,该研究的资深作者

该研究的合著者、竹脚妇女儿童医院生殖医学部高级顾问、国家医学研究委员会高级临床科学家 Jerry Chan 教授补充道:“目前缺乏工具来研究小胶质细胞如何与这阻碍了对小胶质细胞相关疾病的理解,这些疾病在自闭症、精神分裂症以及阿尔茨海默病和帕金森病等神经退行性疾病的早期发展中发挥着重要作用。

“这些新型小胶质细胞相关的大脑类器官与同一供体多能干细胞的开发使我们有机会研究早期大脑发育过程中小胶质细胞和神经元之间复杂的相互作用。因此,这可能使我们能够研究小胶质细胞在大脑发育过程中的作用。疾病的情况并提出及时开发新疗法的方法。”

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