小胶质细胞是大脑的组织驻留巨噬细胞，在神经元回路组装和组织稳态中具有关键作用。小胶质细胞的密度、它们的形态和转录组在整个大脑的空间和时间上都有所不同，这表明外部线索可能会驱动依赖于环境的小胶质细胞状态。然而，微环境调节小胶质细胞状态的机制在很大程度上是未知的。
近日，来自哈佛大学干细胞研究所（HSCI）Paola Arlotta教授研究团队在Nature上发表研究，提出在新皮质中，小胶质细胞的状态身份和这些状态的层状分布均由其局部生态位中存在的投射神经元(PNs)的特定亚型决定。该研究发现了由神经元类别身份和分层限制小胶质细胞状态之间的潜在通信机制。
神经元身份控制小胶质细胞密度
小胶质细胞是否受到神经元环境的影响？研究人员使用免疫组织化学量化小胶质细胞在初级体感（S1）皮层中从出生后早期发育期到成年期的分布和分层。在出生后第7天（P7），小胶质细胞均匀分布在所有层中[Fig.1a-d]。然而，到 P14 并延伸到成年期（P60），与L5-6相比，层（L）1-4 中的小胶质细胞密度更高。
这些发现表明，空间限制的PN生态位可能决定小胶质细胞的丰度。事实上，通过两种突变模型改变PN类别的层状分布后，小胶质细胞密度与每层的PN类别组成相关[Fig.1]。
Figure 1 PN亚型局部控制皮质中的小胶质细胞密度小胶质细胞状态与分层位置相关
为了确定不同皮质层中小胶质细胞是否在转录组上不同，使用Cx3cr1GFP转基因鼠结合单细胞测序揭示了P14和P60数据集中的8个和7个不同的细胞簇[Fig.2c]。同时，不同层的小胶质细胞也有特定簇的显著层分离。如在P14和P60，稳态1分子在L1-4中更丰富，而稳态2分子在L5和L6中更丰富[Fig.2e]。
这表明稳态小胶质细胞基于其在皮层内的层状位置上的不同而在转录上也不同，并揭示了分层富集状态和广泛分布状态。
Figure 2 小胶质细胞表现出皮质层异质性小胶质细胞状态并行于局部神经元类型
接下来，使用P14 S1皮层上MERFISH来定义小胶质细胞状态与PN亚型相关的空间分布。发现稳态1小胶质细胞在统计学上更有可能在 L2/3 CPN邻居附近被发现。相比之下，在L6皮质丘脑PN（CThPN）或L6b板下神经元附近发现稳态2小胶质细胞的可能性显着增加[Fig.3]。表明了小胶质细胞状态的空间分布与相邻PN的亚型身份相关。
Figure 3 皮质小胶质细胞表现出空间异质性小胶质细胞状态位置取决于PN类型
研究人员预测特定皮质层内PN身份的变化会改变分层富集的稳态小胶质细胞的转录特征。利用Fezf2-KO基因鼠，其皮层的深层PNs不成比例由深层CPN和CPN样的神经元组成，缺乏CFuPN样神经元群。
通过scRNA-seq 研究小胶质细胞状态异质性如何响应改变的PN环境，发现L1-4和L5在对照与Fezf2-KO皮质之间的簇比例没有差异。然而，在Fezf2-KO小鼠L6层中稳态2型的比例降低，而ApoeHigh型增加[Fig.4]。表明稳态小胶质细胞状态的分层富集取决于PNs局部类型的组成。
Figure 4 PN类型身份的转换改变了稳态小胶质细胞的分层比例亚型特异性小胶质细胞-PN相互作用
鉴于PN控制附近稳态小胶质细胞的转录特征，那么它们之间的分子介质是什么？研究人员专注于特定PN或小胶质细胞类别中Fezf2控制的配体-受体相互作用，最能代表亚型限制性PN-小胶质细胞信号传导，并将其细分为4组[Fig.5]。
这些信号可能负责精细调控局部小胶质细胞的分层富集状态，并作为未来PN-小胶质细胞通信功能测试的资源。
Figure 5 新皮质中PN-小胶质细胞通讯的配体-受体相互作用组结 论
本文中使用小鼠体感皮层，证明小胶质细胞的密度和分子状态的获取是由锥体神经元类型的局部组成决定的。揭示了神经元多样性在指导小胶质细胞状态中的基本作用，并可能作为微调皮层局部环路内神经免疫相互作用的潜在机制。
参考文献
Stogsdill, Jeffrey A et al. “Pyramidal neuron subtype diversity governs microglia states in the neocortex.” Nature, 10.1038/s41586-022-05056-7. 10 Aug. 2022, doi:10.1038/s41586-022-05056-7
