Neuron：IL-4 厉害了！在发育过程中调控小胶质细胞的修剪能力

小胶质细胞作为脑实质的巨噬细胞，对细胞因子和来自外周的各种刺激做出反应。此外，这些细胞是公认的神经元环路修剪的参与者，小胶质细胞损伤导致大脑连接和行为功能障碍。然而，关于小胶质细胞所起的确切作用以及这些细胞如何应对免疫调控仍值得深入研究。

2023年11月1日葡萄牙科英布拉大学神经科学与细胞生物学中心Frauke Zipp, Ana Luísa Cardoso, João Peça共同在Neuron上发表的文章“IL-4 shapes microglia-dependent pruning of the cerebellum during postnatal development”揭示了IL-4在小脑成熟的神经免疫关键期小胶质细胞的修剪作用，并为人类过敏性疾病和注意力缺陷多动障碍（attention-deficit hyperactivity disorder，ADHD）之间的共病提供了机制基础。

总结：

1. 小脑成熟的神经免疫关键期 IL-4处于低水平

2. IL-4 的过多 阻止了小胶质细胞对颗粒细胞的生理性修剪

3. 过多的颗粒细胞将增强的兴奋性输入驱动到浦肯野细胞上

4. 早年的过敏会导致ADHD样的多动和冲动行为

1.小脑和小胶质细胞的成熟在出生后同时发生

本研究首先评估了从出生后早期到成年期间小脑的成熟，以及伴随的小胶质细胞形态的变化。利用Rosa26-STOP-tdTomato（tdT）报告系（Ai9小鼠）与PV-Cre系以获得PV：：tdT小鼠。小胶质细胞形态会随着时间的推移而变化，变得更多分支，其方式也具有皮层层级依赖性。这些数据表明，随着小脑皮层的成熟，小胶质细胞逐渐采用分支的、类似监督的表型。

2.小脑 IL-4 水平与小胶质细胞介导的神经元修剪呈负相关

为了评估小胶质细胞是否积极参与小脑皮层的重塑，研究人员利用PV：：tdT小鼠小脑中的神经元标记，使用流式细胞术和共聚焦显微镜发现具有内化 tdT 表达的小胶质细胞（tdT 小胶质细胞）的百分比在 P10 时最高，在出生后第二周下降，并在 P30-P60 时达到约5% tdT 小胶质细胞的稳定状态，有趣的是，作者观察到IL-4的实质浓度与tdT小胶质细胞的百分比呈负相关。为了确定 IL-4 是否可以影响小胶质细胞介导的神经元修剪，作者研究了通过在 P8、P13 和 P28腹腔注射重组细胞因子提早提高 IL-4 的水平，同时分析小脑胶质细胞吞噬情况。研究发现小脑小胶质细胞呈现出高吞噬表型，LPS不会进一步增强，但IL-4可以减少吞噬，再次表明出生后小脑小胶质细胞表现出高清除率，高吞噬细胞表型。通过荧光共聚焦发现IL-4 可能会影响跨小脑多个层迁移的GC修剪。（图1）

3.IL-4 水平升高导致的电生理变化

为了评估 IL-4 是否在小脑微环路中产生功能，研究人员在 P10 、P15 和 P30 处记录了小脑蚓部 PC 中的微型兴奋性突触后电流 （mEPSC）。该分析显示 p10 时 mEPSC 事件的频率增加，提示PC 上的兴奋性连接性更高。有趣的是，与流式细胞术数据一致，在较晚的年龄（P13 或 P28）注射 IL-4 在兴奋性突触连接中没有产生明显的变化，再次表明存在出生后发育的早期关键期。流式细胞术和电生理学数据表明，小胶质细胞介导的吞噬缺陷与突触接触数量的增加和/或逃避修剪的 GC 数量增加相容，这些结果表明IL-4处理的P10动物中存活的神经元数量增加。（图2）

4.IL-4升高后小鼠的行为特征

通过评估认知、运动、社交和情绪行为的测试，IL-4处理的小鼠显示总行进距离增加，但在开放区域中心花费的时间没有变化。结果发现社会行为、记忆、焦虑样行为、弹珠掩埋和筑巢行为没有发生明显变化。在旋转试验中，这些动物显示出较低的跌倒潜伏期，但在运动学习方面没有显著变化。当评估跑轮活动时，IL-4处理的小鼠表现出过度运动表型。此外，这些动物还表现出一般的刻板印象和重复行为的增加。最后，进行了T迷宫测试，注射IL-4的小鼠更喜欢立即的低奖励，这与冲动表型一致。总之，这些数据表明，产后第二周高水平的IL-4导致了ADHD的多动和冲动样行为。（图3）

5.产后早期的过敏性哮喘模型的表型分析

为了评估更自然的刺激是否可以促进与小脑发育类似的改变，作者实施了早期过敏性哮喘的小鼠模型，评估了这种早期 Th2 高反应性挑战对 P60 小脑回路功能和行为的长期后果。与注射IL-4的小鼠类似，作者观察到mEPSCs在PC上的频率预期增加。在评估运动行为改变时，过敏性哮喘的小鼠模型在旷场测试和跑轮实验中也表现出多动症。（图4）

6.6. Th2 攻击小鼠小胶质细胞中IL-4 受体信号传导的消融

为了剖析小胶质细胞中 IL-4 信号转导对小鼠 ADHD 样行为的贡献，作者使用了 Il4rαFL/FL小鼠与Cx3cr1-CreER小鼠杂交。这些数据表明，小胶质细胞驱动了由早期异常 Th2 攻击引起的 ADHD 样多动症。（图5）

总结

本研究结合流式细胞术、形态学、神经电生理和行为学等实验，提供了神经免疫功能障碍与出生后小脑发育异常之间存在因果关系的证据。这项研究强调了进一步了解环境相互作用如何调控产后大脑发育及其与神经精神和神经发育障碍的关系的必要性。