小鼠模型在小膠質(zhì)細(xì)胞替換療法開發(fā)中的應(yīng)用，助力致命腦病患者的治療

小膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)重要的免疫細(xì)胞，其功能障礙可能會導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病。集落刺激因子1受體（CSF1R）作為一種酪氨酸激酶，主要在小膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)，對小膠質(zhì)細(xì)胞的存活和功能至關(guān)重要。

CSF1R的雙等位基因突變會導(dǎo)致人類和小鼠在圍產(chǎn)期死亡，而單等位基因突變則會引起一種致命的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，其特征為小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量減少、髓鞘病變、軸突腫脹和認(rèn)知衰退等。這種與CSF1R相關(guān)的小膠質(zhì)細(xì)胞�。–AMP）是成人起病軸突膨脹伴色素膠質(zhì)細(xì)胞腦白質(zhì)�。ˋLSP）的主要形式。目前，ALSP尚無治愈方法。

近日，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第六人民醫(yī)院曹立教授和復(fù)旦大學(xué)彭勃教授、饒艷霞研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊開發(fā)出一種小膠質(zhì)細(xì)胞替換療法。通過替換中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的致病性小膠質(zhì)細(xì)胞，這種療法成功阻止了ALSP在動物模型和人類患者中的進(jìn)展。這項突破性研究成果于2025年7月10日發(fā)表在《Science》期刊上。

研究材料與方法
在這項研究中，研究人員基于人類CSF1R熱點突變構(gòu)建了兩種ALSP小鼠模型：CSF1RWT/I792T（I792T，由賽業(yè)生物提供）和CSF1RWT/E631K（E631K）。他們采用了兩種小膠質(zhì)細(xì)胞替換策略，分別是Mr BMT（骨髓移植介導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞替換）和tBMT（傳統(tǒng)的骨髓移植）。他們采用單細(xì)胞RNA測序分析細(xì)胞信號通路，并通過行為學(xué)測試評估小鼠運動和認(rèn)知功能。對ALSP患者進(jìn)行tBMT治療后，他們通過18F-FDG PET成像監(jiān)測葡萄糖代謝，并結(jié)合磁共振成像和臨床評估來跟蹤疾病進(jìn)展。

技術(shù)路線

構(gòu)建ALSP小鼠模型，并評估其是否充分再現(xiàn)ALSP疾病的表型
↓
采用Mr BMT或tBMT替換小膠質(zhì)細(xì)胞，并檢測小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量和腦部病理變化
↓
通過單細(xì)胞測序分析表征Mr BMT的影響，并評估替換策略對對少突膠質(zhì)細(xì)胞的影響
↓
對ALSP患者進(jìn)行tBMT治療，在12-24個月內(nèi)評估疾病進(jìn)展以及運動和認(rèn)知功能

研究結(jié)果
小膠質(zhì)細(xì)胞替換可逆轉(zhuǎn)ALSP小鼠的腦部病理變化

考慮到小膠質(zhì)細(xì)胞特異性的CSF1R致病突變是ALSP的病因，研究人員推測用野生型（WT）小膠質(zhì)細(xì)胞替換CSF1R缺陷型小膠質(zhì)細(xì)胞也許能阻止疾病進(jìn)展。研究團隊在2020年開發(fā)出高效的小膠質(zhì)細(xì)胞替換策略（MISTER）。他們假設(shè)，這種策略對ALSP具有治療潛力。

適當(dāng)?shù)膭游锬Ｐ褪茄芯緼LSP的前提條件，但此前使用的小鼠模型無法充分再現(xiàn)ALSP疾病的重要表型。為此，研究人員基于人類熱點突變生成了兩種ALSP小鼠模型：I792T（由賽業(yè)生物提供）和E631K。他們發(fā)現(xiàn)，新建立的兩種小鼠模型忠實再現(xiàn)了人類ALSP疾病的關(guān)鍵特征，包括小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量減少、腦鈣化、髓鞘病變、軸突腫脹、軸突球狀體、運動障礙和認(rèn)知衰退。之后，他們選擇I792T小鼠進(jìn)行深入研究。

接下來，他們采用骨髓移植介導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞替換（Mr BMT）策略，將I792T小鼠模型的突變型小膠質(zhì)細(xì)胞替換成GFP+野生型細(xì)胞（圖1）。他們發(fā)現(xiàn)，在小膠質(zhì)細(xì)胞替換后，I792T小鼠的小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量增加，髓鞘病變得到緩解，軸突腫脹和球狀體結(jié)構(gòu)也得到恢復(fù)（圖1）。同時，Mr BMT療法還改善了I792T小鼠的神經(jīng)信號傳導(dǎo)，并緩解了小鼠的運動障礙和認(rèn)知衰退。這些結(jié)果表明，通過Mr BMT糾正致病基因可有效逆轉(zhuǎn)ALSP小鼠的腦部病理變化。
 

 Mr BMT糾正致病基因并阻止ALSP小鼠的疾病進(jìn)展

小膠質(zhì)細(xì)胞替換重塑異常的CSF1R信號傳導(dǎo)
為了進(jìn)一步表征Mr BMT的影響，研究人員從野生型、未接受治療和接受Mr BMT治療的I792T小鼠中采集腦組織，并開展單細(xì)胞測序（scRNA-seq）分析。結(jié)果顯示，在未治療的I792T小膠質(zhì)細(xì)胞中，參與CSF1R下游信號傳導(dǎo)的基因表達(dá)異常；而在小膠質(zhì)細(xì)胞替換后，Csf1r正常型Mr BMT細(xì)胞中的CSF1R信號傳導(dǎo)幾乎完全恢復(fù)。與未治療的小膠質(zhì)細(xì)胞相比，接受治療的小膠質(zhì)細(xì)胞的差異表達(dá)基因主要集中在731個生物過程中，包括軸突生成、膠質(zhì)細(xì)胞生成、神經(jīng)元死亡等，表明Mr BMT的治療效果可能通過這些過程介導(dǎo)。

考慮到小膠質(zhì)細(xì)胞對髓鞘完整性至關(guān)重要，研究人員接著比較了不同小膠質(zhì)細(xì)胞對少突膠質(zhì)細(xì)胞亞群的影響。在未治療的I792T小鼠中，61.47%的少突膠質(zhì)細(xì)胞位于ALSP優(yōu)勢聚類中；在經(jīng)過Mr BMT治療后，I792T小鼠中僅有5.17%的少突膠質(zhì)細(xì)胞位于ALSP優(yōu)勢聚類中，而62.86%的少突膠質(zhì)細(xì)胞位于正常優(yōu)勢聚類中。這些結(jié)果表明，通過Mr BMT進(jìn)行的基因糾正也許能夠讓少突膠質(zhì)細(xì)胞恢復(fù)到更接近正常的表型。

此外，他們還探討了小膠質(zhì)細(xì)胞替換背后的機制。研究團隊之前發(fā)現(xiàn)，小膠質(zhì)細(xì)胞替換可能由CCR2信號傳導(dǎo)驅(qū)動。因此，他們以CCR2-/- BMC作為供體細(xì)胞并以CX3CR1+/GFP小鼠作為受體進(jìn)行Mr BMT。在治療一個月后，小鼠大腦內(nèi)僅檢測到極少數(shù)替換的小膠質(zhì)細(xì)胞，表明CCR2信號通路對小膠質(zhì)細(xì)胞的替換至關(guān)重要。

傳統(tǒng)骨髓移植可減緩ALSP小鼠的疾病進(jìn)展
傳統(tǒng)骨髓移植（tBMT）通常無法在健康大腦中實現(xiàn)高效的小膠質(zhì)細(xì)胞替換，但考慮到Mr BMT操作流程為CSF1R抑制聯(lián)合tBMT，而CSF1R缺陷與CSF1R抑制相似，研究人員推測tBMT替換效率也許與Mr BMT相當(dāng)。為了驗證這一假設(shè)，他們用β-actin-GFP供體細(xì)胞對I792T小鼠進(jìn)行傳統(tǒng)骨髓移植。在通過tBMT替換的小膠質(zhì)細(xì)胞中，有84.08%為GFP+細(xì)胞，表明tBMT在ALSP小鼠模型中實現(xiàn)了有效替換。

他們還發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過tBMT糾正Csf1r缺陷后，I792T小鼠的小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量增加，ALSP病理特征減輕，其效果與Mr BMT相似。同時，tBMT治療改善了I792T小鼠的運動和認(rèn)知功能。這些結(jié)果表明，當(dāng)Csf1r出現(xiàn)缺陷時，tBMT可以作為小膠質(zhì)細(xì)胞替換方法，有效替換ALSP小鼠中的小膠質(zhì)細(xì)胞，從而糾正致病突變，有效抑制小鼠腦部病理變化的發(fā)展，并改善運動和認(rèn)知功能。

小膠質(zhì)細(xì)胞替換可阻止ALSP患者的疾病進(jìn)展
隨后，研究人員啟動了臨床試驗，對8例CSF1R缺陷型的ALSP患者進(jìn)行tBMT治療。由于小膠質(zhì)細(xì)胞的葡萄糖攝取量高于其他腦細(xì)胞，他們通過18F-FDG（氟代脫氧葡萄糖）的PET成像來估算小膠質(zhì)細(xì)胞的相對豐度。成像結(jié)果顯示，在治療12個月后，所有患者腦部的18F-FDG信號均增加（圖2），與接受替換治療的I792T小鼠一致，這表明tBMT也許能在人類ALSP患者中實現(xiàn)小膠質(zhì)細(xì)胞替換。

磁共振成像（MRI）顯示，未接受tBMT的個體在12個月隨訪期內(nèi)大腦病理迅速惡化。相比之下，tBMT介導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞替換有效阻止了ALSP患者的疾病進(jìn)展（圖2）。在24個月的隨訪期內(nèi)，ALSP患者的病情保持穩(wěn)定，且運動功能和認(rèn)知功能也保持穩(wěn)定。這些結(jié)果表明，通過tBMT進(jìn)行小膠質(zhì)細(xì)胞替換可減緩或阻止ALSP患者的疾病進(jìn)展。

tBMT有效阻止了ALSP患者的疾病進(jìn)展

結(jié)論

小膠質(zhì)細(xì)胞替換有效阻止了ALSP的疾病進(jìn)展

總的來說，這項研究證明了通過小膠質(zhì)細(xì)胞替換來糾正致病性Csf1r突變，能夠有效緩解I792T小鼠的ALSP病理特征和功能障礙。值得注意的是，小膠質(zhì)細(xì)胞替換也能減緩或阻止人類患者的ALSP進(jìn)展。這些結(jié)果提供了有力的證據(jù)，表明小膠質(zhì)細(xì)胞替換不僅適用于ALSP，還可能適用于其他伴有小膠質(zhì)細(xì)胞功能障礙的中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病。

原文檢索
Jingying Wu et al. , Microglia replacement halts the progression of microgliopathy in mice and humans. Science389, eadr1015(2025). DOI:10.1126/science.adr1015