Science?| 不止免疫，小膠質(zhì)細(xì)胞也是生殖調(diào)控核心

撰文丨亦

生殖系統(tǒng)的調(diào)控由下丘腦-垂體-性腺（hypothalamic-pituitary-gonadal，HPG）軸主導(dǎo)，其中GnRH（gonadotropin-releasing hormone）神經(jīng)元在大腦中扮演核心發(fā)令者的角色【1，2】。在外周，該指令最終作用于骨骼和乳腺等靶器官，而RANK（receptor activator of nuclear factor-kappa B）信號(hào)通路則是這些外周器官響應(yīng)生殖激素（如雌激素）的關(guān)鍵介質(zhì)，參與破骨細(xì)胞分化及乳腺上皮增殖等過(guò)程【3，4】。然而，在大腦內(nèi)部，除了神經(jīng)元之外，數(shù)量龐大的膠質(zhì)細(xì)胞（尤其是小膠質(zhì)細(xì)胞）是否也參與了對(duì) HPG 軸的調(diào)控，目前尚不清楚。這引出了一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：作為外周生殖激素作用節(jié)點(diǎn)的RANK信號(hào)通路，是否也在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中表達(dá)并發(fā)揮作用，從而在更上游的層面參與調(diào)控生殖功能？

近日，西班牙國(guó)家癌癥研究中心Eva Gonzalez-Suarez和Alejandro Collado-Sole合作，共同在 Science 上發(fā)表了題為Microglia Rank signaling regulates GnRH neuronal function and the hypothalamic-pituitary-gonadal axis的文章。研究通過(guò)多種小鼠模型、人類(lèi)遺傳學(xué)數(shù)據(jù)和單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析，揭示了小膠質(zhì)細(xì)胞中的RANK信號(hào)通路通過(guò)調(diào)控GnRH神經(jīng)元的功能，進(jìn)而控制HPG軸的激活、性成熟和生育能力。

為探究Rank信號(hào)在青春期性成熟中的作用，研究者分析了兩種全身性Rank敲除小鼠模型。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Rank缺失導(dǎo)致雌性小鼠雌激素降低、無(wú)黃體、排卵缺陷；雄性小鼠睪酮降低、睪丸變小、精子發(fā)生受損；同時(shí)LH、FSH降低，Gnrh1 mRNA下調(diào)，表明低促性腺激素性性腺功能減退（HH）。還發(fā)現(xiàn)RANK metagene與GnRH metagene在人類(lèi)下丘腦中高度相關(guān)，提示RANK信號(hào)可能調(diào)控GnRH表達(dá)。由于Rank缺陷小鼠的表型與先天性低促性腺激素性性腺功能減退（congenital hypogonadotropic hypogonadism，CHH）患者相似，且約50% CHH病例遺傳原因未明，研究者對(duì)564例CHH先證者進(jìn)行全外顯子測(cè)序，篩查RANK基因及RANK metagene中的罕見(jiàn)變異。結(jié)果在6個(gè)無(wú)關(guān)先證者中發(fā)現(xiàn)6個(gè)罕見(jiàn)的RANK雜合變異（占1%），其中兩個(gè)（p.K240E, p.E382G）預(yù)測(cè)為致病性。還在73個(gè)先證者（13.1%）中發(fā)現(xiàn)RANK metagene基因的76個(gè)罕見(jiàn)有害變異。這些發(fā)現(xiàn)提示RANK信號(hào)通路參與人類(lèi)HPG軸的調(diào)控。

鑒于部分?jǐn)y帶RANK突變的CHH患者嗅覺(jué)正常，提示可能不涉及胚胎期GnRH神經(jīng)元遷移缺陷，而更可能與出生后功能異常有關(guān)。為此，研究者利用他莫昔芬誘導(dǎo)的全身性Rank敲除小鼠，在青春期起始或成年期誘導(dǎo)敲除，并重點(diǎn)分析雄性小鼠。結(jié)果顯示，青春期誘導(dǎo)敲除導(dǎo)致雄性小鼠不育或生育力低下，睪丸重量減輕，睪酮和LH降低，垂體促性腺激素mRNA減少，下丘腦Gnrh1和Rank mRNA降低。成年期誘導(dǎo)也導(dǎo)致類(lèi)似表型。這些結(jié)果證實(shí)Rank不僅在胚胎期，而且在青春期和成年期都持續(xù)調(diào)控HPG軸。由于在GnRH神經(jīng)元中特異性敲除Rank并未引起生殖表型，提示其他細(xì)胞類(lèi)型可能參與調(diào)控。通過(guò)分析小鼠和人類(lèi)下丘腦單細(xì)胞RNA測(cè)序數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)Rank/RANK基因及其metagene幾乎 exclusively 表達(dá)于小膠質(zhì)細(xì)胞。為驗(yàn)證小膠質(zhì)細(xì)胞的作用，研究者使用CSF1R抑制劑PLX3397在青春期消耗小膠質(zhì)細(xì)胞。結(jié)果顯示，小膠質(zhì)細(xì)胞消耗導(dǎo)致雄性小鼠睪丸重量減輕、生精小管面積減小，雌性小鼠卵巢黃體數(shù)量減少，證實(shí)小膠質(zhì)細(xì)胞確實(shí)調(diào)控HPG軸。

為直接驗(yàn)證小膠質(zhì)細(xì)胞中Rank信號(hào)的作用，研究者構(gòu)建了兩個(gè)胚胎期髓系Rank敲除模型以及兩個(gè)他莫昔芬誘導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞特異性敲除模型。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，小膠質(zhì)細(xì)胞Rank缺失導(dǎo)致雌性小鼠無(wú)黃體、子宮輕、乳腺發(fā)育不良、發(fā)情周期紊亂、不育或生育力低下，LH降低；雄性小鼠睪酮降低、睪丸重量減輕、青春期延遲、LH降低、下丘腦Gnrh1減少。誘導(dǎo)敲除也導(dǎo)致類(lèi)似表型。為排除外周影響，研究者構(gòu)建了LysM-Cre介導(dǎo)的Rank敲除模型，該模型在外周髓系細(xì)胞中高效敲除但下丘腦Rank表達(dá)保留。結(jié)果顯示，處理后的小鼠沒(méi)有生殖表型，體重、骨、生育力、性器官發(fā)育、激素水平均正常，下丘腦Gnrh1和LH正常。這證實(shí)外周髓系細(xì)胞中的Rank缺失不參與生殖調(diào)控，從而將作用定位于中樞小膠質(zhì)細(xì)胞。

為揭示Rank缺失對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞的分子影響，研究者對(duì)青春期Rank敲除小鼠的下丘腦進(jìn)行單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，并富集小膠質(zhì)細(xì)胞。聚類(lèi)分析鑒定出三個(gè)主要小膠質(zhì)細(xì)胞亞群：cluster 1（活性亞群）高表達(dá)穩(wěn)態(tài)基因和吞噬相關(guān)基因；cluster 2（非活性亞群）低表達(dá)多種通路；cluster 3代謝活躍。Rank缺失導(dǎo)致小膠質(zhì)細(xì)胞中差異表達(dá)基因最多，主要影響小膠質(zhì)細(xì)胞亞群分布：活性亞群（cluster1）減少，非活性亞群（cluster2）增加。下調(diào)基因涉及吞噬、補(bǔ)體、翻譯、線(xiàn)粒體呼吸等通路。RANKL刺激原代小膠質(zhì)細(xì)胞上調(diào)這些基因，提示Rank維持小膠質(zhì)細(xì)胞活化狀態(tài)。接下來(lái)，作者進(jìn)一步觀察了不同腦區(qū)小膠質(zhì)細(xì)胞的形態(tài)。在視前區(qū)（PoA）未見(jiàn)明顯變化，但在正中隆起（ME）區(qū)域，Rank缺失導(dǎo)致小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量增加，但細(xì)胞總面積減小、胞體增大、突起減少，呈現(xiàn)阿米巴樣形態(tài)。盡管這種形態(tài)通常與活化相關(guān)，但轉(zhuǎn)錄組卻顯示低活性，提示形態(tài)與功能解偶聯(lián)。此外，整合公共數(shù)據(jù)集發(fā)現(xiàn)ME區(qū)小膠質(zhì)細(xì)胞RANK metagene富集，表明該區(qū)域?qū)ank信號(hào)更敏感。為驗(yàn)證局部作用，向成年小鼠ME區(qū)注射4-羥基他莫昔芬以誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞Rank缺失，結(jié)果導(dǎo)致血清LH降低，證實(shí)ME局部Rank信號(hào)對(duì)HPG軸至關(guān)重要。

為明確小膠質(zhì)細(xì)胞Rank缺失對(duì)GnRH神經(jīng)元的影響，研究者首先確認(rèn)了GnRH神經(jīng)元數(shù)量無(wú)變化，且嗅覺(jué)功能正常，排除了遷移缺陷。隨后發(fā)現(xiàn)，在ME區(qū)，Rank缺失小鼠的小膠質(zhì)細(xì)胞與GnRH神經(jīng)末梢的接觸減少，小膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)吞的GnRH免疫反應(yīng)顆粒減少，同時(shí)CD68+吞噬小體也減少，提示小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)GnRH末梢的吞噬和重塑功能下降。功能實(shí)驗(yàn)顯示，敲除小鼠對(duì)Kisspeptin-10刺激的LH反應(yīng)減弱，但對(duì)GnRH反應(yīng)正常，LH脈沖頻率降低，表明GnRH神經(jīng)元本身功能受損，而垂體反應(yīng)正常。盡管Kiss1 mRNA表達(dá)上調(diào)（可能為代償），但Kiss1神經(jīng)元數(shù)量和GPR54表達(dá)未變。這些結(jié)果揭示小膠質(zhì)細(xì)胞Rank信號(hào)通過(guò)調(diào)控與GnRH神經(jīng)末梢的相互作用，影響GnRH神經(jīng)元功能，最終導(dǎo)致HH。

綜上，該研究首次揭示了下丘腦小膠質(zhì)細(xì)胞通過(guò)RANK信號(hào)調(diào)控GnRH神經(jīng)元功能，填補(bǔ)了小膠質(zhì)細(xì)胞在生殖神經(jīng)內(nèi)分泌調(diào)控中作用機(jī)制的空白，并為理解CHH的遺傳基礎(chǔ)提供了新視角。

10.1126/science.aeb6999 (2026)

制版人： 十一

參考文獻(xiàn)

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