Cell 子刊：小胶质细胞在出生后早期可通过GABA感知神经元活动

小胶质细胞是中枢神经系统的巨噬细胞，表达神经递质受体，如г-氨基丁酸(GABA)和谷氨酸。在检测小胶质细胞Ca²⁺对神经元活动的反应中，表达荧光Ca²⁺指标GCaMP6m的转基因小鼠系，并证明了电刺激Schaffer侧支通路可导致出生后早期海马的小胶质细胞Ca²⁺反应。

近期，发表在Cell Reports 上题为“Microglia sense neuronal activity via GABA in the early postnatal hippocampus”的文章揭示了神经元活动诱导的谷氨酸摄取和星形胶质细胞释放GABA触发小胶质细胞中GABA_B受体的激活及其通讯通路可能调节小胶质细胞在神经网络发育中的活动。

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C2G和C2M2G Ca²⁺指标小鼠系

在小胶质细胞中特异性表达GCaMP6m

小鼠品系csf1r-2a-GCaMP6m(C2G)和Csf1r-2A-mCherry-2A-GCaMP6m(C2M2G)——在小胶质细胞中特异性表达Ca²⁺指示蛋白GCaMP6m。

用针对GCaMP6m的GFP抗体对P5-6小鼠的脑切片免疫标记，发现GCaMP6m在小胶质细胞中的表达具有特异性。对C2G和C2M2G脑片在P5-6时的染色定量显示小胶质细胞特异性GCaMP6m小鼠系的成功发育。

此外，ATP诱发的GCaMP6m荧光在其他脑区增加，C2G和C2M2G小鼠模型间没统计学差异。因此，这两种小鼠模型可有效地用于监测不同脑区和不同发育时间点的小胶质细胞Ca²⁺水平（图1）。

图1：C2G和C2M2G小鼠在小胶质细胞中特异性表达GCaMP6m

新生儿脑切片中的海马小胶质细胞对

Schaffer侧支刺激释放的神经递质

做出反应

用新生C2M2G小鼠，研究电刺激Schaffer侧支通路时及观察电刺激后海马CA1区小胶质细胞Ca²⁺水平的变化。发现电刺激后的小胶质细胞内瞬时Ca²⁺升高不存在亚细胞限制和海马CA1区域的小胶质细胞亚群对STM的电刺激有Ca²⁺升高（图2）。

图2：CA1区小胶质细胞对Schaffer侧支刺激有反应

将电刺激移液器置于C2G或C2M2G小鼠P5/6海马脑切片CA3层辐射处。发现电刺激CA3仍然会导致突触前释放神经递质，小胶质细胞对较弱的刺激模式的反应是一种活动依赖机制。此外，小胶质细胞Ca²⁺波不依赖于突触后的反应，但可能依赖于突触前部位的神经递质释放。

图3：小胶质细胞对Schaffer侧支刺激的反应取决于动作电位

小胶质细胞通过GABA_B受体

对GABA和谷氨酸做出反应

研究新生儿(P5/6)海马小胶质细胞是否对应用GABA和谷氨酸有反应时。发现小胶质细胞通过内在的GABA_B受体对GABA作出反应。外用谷氨酸也可导致海马小胶质细胞中部分Ca²⁺反应。

用谷氨酸转运体(EAAT)去阐明小胶质细胞谷氨酸反应的机制，发现海马小胶质细胞上的GABA_B受体可通过星形离子转运体介导的GABA释放间接感知细胞外谷氨酸的升高（图4）。

图4：小胶质细胞通过GABA_B受体对GABA和谷氨酸作出反应

小胶质细胞Ca²⁺对STM的反应

由星形胶质细胞中谷氨酸摄取耦合

释放GABA介导

作者通过阻断星形胶质细胞谷氨酸转运体，并发现应用TFB-TBOA显著降低小胶质细胞Ca²⁺对STM的反应，表明星形胶质细胞谷氨酸转运体参与小胶质细胞Ca²⁺对STM的反应。

此外，SNAP5114选择性地抑制星形胶质细胞上的GAT3转运蛋白，也完全阻断STM对小胶质细胞的反应。表明小胶质细胞通过星形氨基酸转运体将谷氨酸转化为GABA信号来感知新生海马区的神经元刺激（图5）。

图5：小胶质细胞Ca²⁺对STM的反应依赖于星形细胞转运体和GABA_BR

刺激诱导的小胶质细胞Ca²⁺活性

局限于早期发育阶段

采取幼年小鼠和成年小鼠和的海马脑切片，并在CA3区域应用高频脉冲，监测小胶质细胞Ca²⁺水平的变化。与新生儿脑切片相比，发现小胶质细胞对Schaffer侧支刺激的反应较弱。

表明Schaffer侧支刺激后CA1的小胶质细胞Ca²⁺反应仅发生在发育受限时期，新生儿海马区的小胶质细胞对电刺激的反应需要小胶质细胞GABA_B受体和GABA由星形细胞转运体GAT3释放。

图6：电刺激后的小胶质细胞反应仅在出生后早期观察到

总 结

小胶质细胞Ca²⁺指标小鼠模型(C2G和C2M2G)不依赖任何Cre重组酶激活或病毒，在所有被研究的年龄范围内，GCaMP6m的表达强烈局限于小胶质细胞。

因此，小胶质细胞特异性指标小鼠模型是进一步研究小胶质细胞参与脑内泛胶质细胞和神经元-胶质细胞通信的合适工具。

参考文献

Logiacco F, Xia P, Georgiev SV, Franconi C, Chang YJ, Ugursu B, Sporbert A, Kühn R, Kettenmann H, Semtner M. Microglia sense neuronal activity via GABA in the early postnatal hippocampus. Cell Rep. 2021 Dec 28;37(13):110128. doi: 10.1016/j.celrep.2021.110128. PMID: 34965412.

编译作者：臻至秦（brainnews创作团队）