一、小膠質(zhì)細胞在發(fā)育中人腦的獨特分布特征
首先對妊娠中期至產(chǎn)后早期的人腦樣本開展免疫組化分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：小膠質(zhì)細胞在內(nèi)側(cè)神經(jīng)節(jié)隆起（MGE） 的內(nèi)、外室管膜下區(qū)（iSVZ/oSVZ）呈現(xiàn)明顯富集狀態(tài)，且這種富集在富含 DCX + 神經(jīng)母細胞的 “巢狀結(jié)構(gòu)”（DENs）外圍尤為顯著 —— 而上述 iSVZ/oSVZ 區(qū)域，正是 GABA 能神經(jīng)元持續(xù)增殖的關鍵功能區(qū)。
進一步的三維重建結(jié)果顯示，小膠質(zhì)細胞與 Ki-67 + 增殖細胞存在緊密的空間相鄰關系；更關鍵的是，細胞分布密度分析表明，距離小膠質(zhì)細胞越近的區(qū)域，Ki-67 + 增殖細胞的比例越高，暗示兩者可能存在功能層面的調(diào)控關聯(lián)。
值得關注的是，該分布模式在物種間存在顯著差異：在小鼠的 MGE 中，小膠質(zhì)細胞主要集中分布于心室區(qū)（VZ），而非人腦中的 SVZ 區(qū)域。這一物種特異性差異提示，小膠質(zhì)細胞在神經(jīng)發(fā)生過程中的調(diào)控作用可能具有物種依賴性，不能簡單通過小鼠模型直接推導至人類。
圖2 小膠質(zhì)細胞在發(fā)育中人MGE中的分布及其與增殖細胞的空間關系
二、單細胞轉(zhuǎn)錄組解析：IGF1–IGF1R 信號通路為小膠質(zhì)細胞與神經(jīng)前體細胞的關鍵通信媒介
為闡明小膠質(zhì)細胞與神經(jīng)前體細胞間的細胞通信機制，研究者對覆蓋胚胎晚期至產(chǎn)后早期階段的 6 例人腦樣本開展單核 RNA 測序（snRNA-seq）。借助 CellChat 數(shù)據(jù)庫進行細胞間相互作用預測，結(jié)果顯示 ——IGF1–IGF1R 配體 - 受體對在小膠質(zhì)細胞與神經(jīng)前體細胞的潛在通信關系中，表現(xiàn)出最顯著的關聯(lián)性，提示其可能是兩者間的核心信號傳遞通路。
進一步的表達模式分析揭示了該通路的時空特異性特征：
1、配體 IGF1 的表達動態(tài)：胚胎期時，IGF1 主要由小膠質(zhì)細胞負責表達；進入圍產(chǎn)期后，其表達主體則轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒熘虚g神經(jīng)元，呈現(xiàn)明顯的發(fā)育階段依賴性轉(zhuǎn)換。
2、受體 IGF1R 的表達分布：IGF1R 在神經(jīng)前體細胞及年輕中間神經(jīng)元中均維持高表達水平，為接收 IGF1 信號提供了分子基礎。
免疫組化實驗進一步驗證了上述轉(zhuǎn)錄組結(jié)果：在妊娠 22–25 周的內(nèi)側(cè)神經(jīng)節(jié)隆起（MGE）區(qū)域，IGF1 蛋白僅特異性定位于小膠質(zhì)細胞，而 IGF1R 則廣泛分布于神經(jīng)前體細胞表面，從蛋白水平證實了該信號通路在兩類細胞間的定向作用模式。
圖3 人腦發(fā)育單核轉(zhuǎn)錄組測序與細胞通訊分析
三、類器官模型驗證：小膠質(zhì)細胞通過 IGF1 信號通路促進神經(jīng)發(fā)生
為從功能層面驗證 IGF1–IGF1R 通路在小膠質(zhì)細胞調(diào)控神經(jīng)發(fā)生中的作用，構(gòu)建了人多能干細胞（hPSC）來源的內(nèi)側(cè)神經(jīng)節(jié)隆起類器官（MGEOs），并向其移植人胚胎干細胞（hESC）誘導分化的小膠質(zhì)細胞（iMG），成功建立 “神經(jīng) - 免疫共培養(yǎng)類器官” 模型。通過該模型的系列檢測，明確了小膠質(zhì)細胞依賴 IGF1 促進神經(jīng)發(fā)生的核心機制，具體結(jié)果如下：
1、iMG 促進神經(jīng)前體細胞增殖：與未移植 iMG 的 MGEOs 相比，移植組類器官中，Ki-67+（增殖標志物）與 NKX2.1+（MGE 神經(jīng)前體細胞特異性標志物）雙陽性細胞數(shù)量顯著增多，表明 iMG 可直接推動神經(jīng)前體細胞的增殖過程。
2、iMG 提升成熟中間神經(jīng)元數(shù)量：檢測發(fā)現(xiàn)，移植 iMG 后，類器官中 GAD67+（GABA 能神經(jīng)元標志物）與 NeuN+（成熟神經(jīng)元標志物）雙陽性細胞比例明顯升高，說明 iMG 不僅促進神經(jīng)前體細胞增殖，還能支持其向成熟中間神經(jīng)元分化。
3、iMG 調(diào)控關鍵通路表達：轉(zhuǎn)錄組分析顯示，iMG 移植后，類器官中細胞周期相關通路（如 Cyclin D1、RRM2、MCM3 等核心基因）顯著上調(diào)，為細胞增殖提供分子基礎；同時氧化應激相關通路表達下調(diào)，提示 iMG 可能通過抑制氧化損傷維持神經(jīng)細胞存活。
4、IGF1 是 iMG 促神經(jīng)發(fā)生的關鍵因子：當使用 IGF1 中和抗體阻斷內(nèi)源性 IGF1 功能，或移植 IGF1 基因敲除（IGF1-KO）的 iMG 時，上述 “促增殖、促分化” 效應完全消失，證明 iMG 的作用依賴 IGF1 的表達與分泌。
5、IGF1 通過 IGF1R 發(fā)揮作用：外源添加重組 IGF1 蛋白，可恢復 IGF1-KO iMG 移植組的神經(jīng)發(fā)生缺陷；而使用 IGF1R 抑制劑處理，則能完全阻斷正常 iMG 對神經(jīng)前體細胞的促增殖作用，進一步證實信號通過 IGF1–IGF1R 通路定向傳遞。
圖4 類器官模型證明小膠質(zhì)細胞促進MGE增殖和中間神經(jīng)元生成
圖5 功能獲得與缺失實驗證實小膠質(zhì)細胞通過IGF1發(fā)揮功能
四、物種特異性驗證：小膠質(zhì)細胞 IGF1 調(diào)控神經(jīng)發(fā)生或為人類特有機制
進一步通過小鼠模型驗證該機制的物種差異性，結(jié)果顯示：在小鼠內(nèi)側(cè)神經(jīng)節(jié)隆起（MGE）區(qū)域的小膠質(zhì)細胞中，IGF1 幾乎不表達；更關鍵的是，對小膠質(zhì)細胞進行特異性 Igf1 基因敲除后，小鼠胚胎期 MGE 內(nèi)神經(jīng)前體細胞的增殖水平未出現(xiàn)明顯變化 —— 這與人類中 “小膠質(zhì)細胞通過 IGF1 促進 MGE 區(qū)域神經(jīng)發(fā)生” 的核心發(fā)現(xiàn)形成鮮明對比。
這一物種特異性差異提示，小膠質(zhì)細胞依賴 IGF1 調(diào)控神經(jīng)發(fā)生的機制可能為人類特有。結(jié)合進化視角推測，該特有機制或許與人類大腦皮層的顯著擴張、以及 GABA 能中間神經(jīng)元數(shù)量的大幅增加密切相關，為人類大腦發(fā)育的物種特異性特征提供了新的分子機制解釋。
圖6 小鼠微膠質(zhì)細胞IGF1表達模式及基因敲除驗證
五、研究意義與未來展望
該研究兼具機制突破與技術(shù)創(chuàng)新的雙重價值：
一方面，它首次揭示了小膠質(zhì)細胞在人類大腦發(fā)育中 “調(diào)控神經(jīng)發(fā)生” 的全新功能 —— 打破了以往對小膠質(zhì)細胞僅聚焦于免疫防御或神經(jīng)損傷修復的認知，為理解人類大腦特異性發(fā)育機制補充了關鍵的 “神經(jīng) - 免疫互作” 視角；
另一方面，研究構(gòu)建了首個可模擬小膠質(zhì)細胞與神經(jīng)前體細胞動態(tài)互作的 “神經(jīng)免疫類器官模型”，該模型克服了傳統(tǒng)動物模型的物種差異局限及人腦樣本的獲取難題，為后續(xù)解析人腦發(fā)育關鍵過程、探索神經(jīng)發(fā)育疾�。ㄈ缱蚤]癥、精神分裂癥）的發(fā)病機制，提供了更貼近人類生理狀態(tài)的研究工具。
未來，基于該模型與已發(fā)現(xiàn)的 IGF1–IGF1R 通路，可進一步探索小膠質(zhì)細胞異常調(diào)控神經(jīng)發(fā)生與神經(jīng)發(fā)育疾病的關聯(lián)，或為相關疾病的早期干預提供新的分子靶點與研究范式。
參開文獻：Yu, Diankun et al. “Microglia regulate GABAergic neurogenesis in prenatal human brain through IGF1.” Nature vol. 646,8085 (2025): 676-686. doi:10.1038/s41586-025-09362-8IF: 48.5 Q1
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圖1 研究機制
