《Neuropsychopharmacology》：Identifying brain-penetrant small-molecule modulators of human microglia using a cellular model of synaptic pruning
編輯推薦：
小膠質細胞（Microglia）功能失調與多種神經發育和神經退行性疾病相關。為尋找有效干預手段，研究人員用 PBMC 衍生的誘導小膠質細胞樣細胞（piMGLCs）篩選 489 種中樞神經系統（CNS）穿透性化合物。結果發現 28 種化合物能顯著抑制小膠質細胞吞噬突觸體，這為相關疾病治療提供了新方向。
在神秘的大腦世界里，小膠質細胞如同勤勞的 “園丁”，默默守護著中樞神經系統（CNS）的健康。它們在胚胎發育早期就進駐大腦，承擔著免疫監視、調節神經元祖細胞數量、促進神經發生以及通過選擇性修剪塑造突觸網絡等重要職責。然而，當這些 “園丁” 出現異常時，麻煩就接踵而至。大量研究表明，小膠質細胞介導的突觸修剪失調與多種神經發育和神經退行性疾病的病理生理過程緊密相連。比如在精神分裂癥患者的大腦中，死后研究發現其皮質樹突棘密度降低，臨床結構神經影像學研究也證實了這一點，這背后很可能是小膠質細胞介導的修剪功能出現了故障。在阿爾茨海默�。ˋD）中，小膠質細胞在 β - 淀粉樣蛋白（Aβ）斑塊積累時被激活，釋放出促炎細胞因子、活性氧（ROS）等神經毒性物質，加劇神經元損傷，加速疾病進展。由此可見，精準調控小膠質細胞的功能，有望為這些棘手的神經疾病帶來新的治療曙光。
為了攻克這一難題，來自美國馬薩諸塞州總醫院基因組醫學中心、精神病學系以及哈佛醫學院精神病學系等機構的研究人員展開了深入探索。他們的研究成果發表在《Neuropsychopharmacology》雜志上，為該領域帶來了新的希望。
研究人員運用了多種關鍵技術方法。首先，他們從人外周血單個核細胞（PBMC）誘導分化出小膠質細胞樣細胞（piMGLCs），構建了可用于高通量篩選的細胞模型。接著，利用基于圖像的高內涵分析技術，量化 piMGLCs 對突觸體的吞噬作用，以此篩選能夠調節小膠質細胞功能的化合物。此外，還借助高通量多重下一代 RNA 測序技術（DRUG - seq），深入探究化合物處理后細胞轉錄程序的變化。
研究結果
- piMGLCs 作為篩選平臺的有效性：研究人員通過優化細胞誘導方法，從大量 PBMC 中制備出 piMGLCs。這些細胞在培養 3 天后，多數呈現出分支狀形態，且對小膠質細胞標記物 IBA1、PU.1、CX3CR1 和 P2RY12 呈陽性免疫染色。經檢測，以 0.1% DMSO 為陰性對照、2 μM 細胞松弛素 D（CytoD）為陽性對照時，該篩選實驗的 Z - factor 評分為 0.51，嚴格標準化均數差（SSMD）為 9.43，表明實驗具有高可靠性，piMGLCs 可作為有效的篩選平臺。
- 篩選調節突觸體吞噬作用的化合物：研究人員用 489 種中樞神經系統穿透性化合物處理 piMGLCs，進行基于圖像的初步篩選。排除可能有毒性的化合物后，根據吞噬指數與陰性對照的差異，篩選出 47 種顯著抑制突觸體吞噬的化合物。隨后的二次篩選中，進一步確認了 28 種化合物能使吞噬作用降低 50% 以上，這些化合物涵蓋免疫抑制劑、激酶抑制劑、抗精神病藥和表觀遺傳調節劑等多種治療類別。
- 化合物對小膠質細胞形態的影響：在二次篩選中，對降低吞噬作用的化合物進行細胞形態分析。發現不同化合物處理后，細胞形態變化各異。如伏立諾他（vorinostat）處理增加了細胞分支化，表現為偏心率增加、緊實度降低；而奮乃靜（perphenazine）處理則使細胞呈現緊密的阿米巴樣形態。同時，研究還發現多數情況下，偏心率較高的細胞形態與較低的 IBA1 強度相關，這表明這些化合物通過不同機制影響小膠質細胞的吞噬作用和激活狀態。
- 轉錄組學揭示的作用機制：對二次篩選中確認的 28 種化合物進行 DRUG - seq 分析，發現 16 種化合物對轉錄活動有顯著影響。功能富集分析顯示，這些化合物對多種細胞通路產生影響。所有化合物都抑制了 Fcγ 受體依賴的吞噬作用相關基因通路，多數抑制了吞噬體形成相關基因通路。同時，細胞激活通路在不同化合物處理下呈現不同程度的激活，如 SR3306、托泊替康（topotecan HCl）等化合物強烈激活了部分細胞激活通路，而環孢菌素 A（Cyclosporin A）等化合物則在抑制某些通路的同時激活了另一些通路，暗示著細胞內存在復雜的平衡機制。
研究結論與討論
在這項研究中，研究人員成功篩選出 28 種能有效抑制小膠質細胞吞噬突觸體的化合物。這些化合物雖然都具有抑制吞噬的作用，但在細胞形態和轉錄組學層面表現出不同的影響，這意味著它們通過多種機制發揮作用。值得注意的是，許多被確認的化合物已獲美國食品藥品監督管理局（FDA）批準或在人體研究中進行過探索，如免疫抑制劑環孢菌素 A 和雷帕霉素（rapamycin）、激酶抑制劑拉帕替尼（lapatinib）等，這為將它們重新用于神經疾病治療提供了可能。然而，目前這些化合物在神經疾病治療方面的研究還比較有限，雖然在動物模型中取得了一些有希望的結果，但還需要在人體臨床試驗中進一步驗證其安全性和有效性。
此外，該研究也存在一定的局限性。體外實驗雖然能夠模擬小膠質細胞介導的突觸修剪過程，但缺乏復雜的多細胞相互作用，與體內真實環境存在差異。而且實驗中使用的化合物濃度并非最有效的生理濃度，在體內應用時還需要進一步優化細胞特異性。盡管如此，這項研究仍然具有重要意義。它為神經發育、神經炎癥和神經退行性疾病的治療提供了一系列極具潛力的藥物重新定位候選分子，為后續研究指明了方向。未來，隨著對這些化合物作用機制的深入理解，有望開發出更精準、更有效的神經疾病治療方法，為患者帶來新的希望。
