點(diǎn)評 | 時(shí)松海（中國科學(xué)院院士）、羅敏敏（北京腦科學(xué)與類腦研究所）

哺乳動物大腦皮層由高度異質(zhì)性的細(xì)胞譜系構(gòu)成，包括神經(jīng)元（如興奮性谷氨酸能神經(jīng)元與抑制性γ-氨基丁酸能神經(jīng)元）以及非神經(jīng)元細(xì)胞（如神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞、免疫細(xì)胞和血管細(xì)胞等）。在哺乳動物大腦發(fā)育過程中，神經(jīng)元與免疫細(xì)胞通過不同細(xì)胞運(yùn)動模式響應(yīng)環(huán)境變化，并與周圍細(xì)胞發(fā)生互作。神經(jīng)元的精準(zhǔn)遷移、免疫細(xì)胞的環(huán)境監(jiān)督以及神經(jīng)-血管-免疫細(xì)胞間的動態(tài)互作，對于大腦皮層發(fā)育與穩(wěn)態(tài)維持至關(guān)重要。

然而，傳統(tǒng)基于 急性腦切片成像的研究會破壞大腦完整性、腦內(nèi)血管網(wǎng)絡(luò)以及免疫細(xì)胞的生理靜息狀態(tài)，加之現(xiàn)有胚胎活體成像技術(shù)在觀測穩(wěn)定性、視角多樣性和操作便捷性等方面的局限，使得在體觀測胚胎小鼠大腦中神經(jīng)細(xì)胞動態(tài)行為面臨重大挑戰(zhàn)。

2025年12月16日，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、清華-IDG/麥戈文腦科學(xué)研究院、生命科學(xué)聯(lián)合中心、膜生物學(xué)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室米達(dá)團(tuán)隊(duì)，與清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院、清華-IDG/麥戈文腦科學(xué)研究院、生命科學(xué)聯(lián)合中心郭增才團(tuán)隊(duì)合作，在Cell發(fā)表了題為Intravital observation of neuronal and immune cell dynamics in the developing mammalian brain的研究論文。該研究開發(fā)了一種高穩(wěn)定性、多視角、長時(shí)程的胚胎小鼠宮內(nèi)活體成像技術(shù)（IMEE），首次在體闡明了胚胎小鼠大腦皮層內(nèi)抑制性神經(jīng)元與血管網(wǎng)絡(luò)及小膠質(zhì)細(xì)胞間的動態(tài)互作模式。研究還為神經(jīng)發(fā)育性疾病模型小鼠中神經(jīng)元遷移異常提供了全新在體證據(jù)，同時(shí)解析了胚胎免疫細(xì)胞在響應(yīng)環(huán)境壓力時(shí)的動態(tài)行為模式。這項(xiàng)工作突破了傳統(tǒng)胚胎神經(jīng)成像的技術(shù)瓶頸，為解析大腦發(fā)育過程中的神經(jīng)-血管-免疫系統(tǒng)互作機(jī)制與協(xié)同發(fā)育機(jī)制開辟了全新的研究范式，凸顯了胚胎活體成像技術(shù)在神經(jīng)科學(xué)與腦疾病研究中的重要價(jià)值。

1. 胚胎小鼠活體成像技術(shù)IMEE的建立

本研究開發(fā)的IMEE活體成像技術(shù)，通過輔助支持裝置固定胚胎小鼠并結(jié)合雙光子顯微成像，實(shí)現(xiàn)了對E10.5至E16.5胚胎小鼠的長時(shí)程、大視野、高深度活體觀測。IMEE技術(shù)成功克服了傳統(tǒng)胚胎活體成像在觀測穩(wěn)定性、時(shí)長、視角及操作便捷性等方面的限制。研究人員通過監(jiān)測胚胎腦內(nèi)血流、檢查胚胎形態(tài)、評估胚胎腦組織細(xì)胞活性、組成及細(xì)胞功能等多方面指標(biāo)，證實(shí)了IMEE成像過程中胚胎小鼠發(fā)育狀態(tài)正常。

【IMEE活體觀察不同發(fā)育時(shí)期的胚胎小鼠】

2. 解析胚胎小鼠大腦內(nèi)神經(jīng)元遷移模式與小膠質(zhì)細(xì)胞監(jiān)督模式

利用不同品系的轉(zhuǎn)基因小鼠內(nèi)源熒光標(biāo)記或小鼠胚胎電轉(zhuǎn)技術(shù)，研究人員標(biāo)記了胚胎小鼠大腦皮層內(nèi)的興奮性或抑制性神經(jīng)元，并結(jié)合IMEE成像，系統(tǒng)性地鑒定了不同類型神經(jīng)元的個(gè)體與群體遷移模式。結(jié)果顯示，源于背側(cè)端腦的新生興奮性神經(jīng)元通過多極化遷移（Multipolar migration）、位移運(yùn)動（Locomotion）及胞體轉(zhuǎn)運(yùn)（Somal translocation）方式在大腦皮層中進(jìn)行徑向遷移；而產(chǎn)生于腹側(cè)端腦的抑制性神經(jīng)元?jiǎng)t分別通過異質(zhì)或同質(zhì)方向擴(kuò)散模式于皮層邊緣區(qū)（Marginal zone，MZ）或腦室下區(qū)（Subventricular zone，SVZ）進(jìn)行切向遷移。

此外，借助IMEE技術(shù)，研究人員對Cx3cr1GFP+/-轉(zhuǎn)基因胚胎小鼠大腦皮層中內(nèi)源熒光標(biāo)記的小膠質(zhì)細(xì)胞進(jìn)行了實(shí)時(shí)觀測，并結(jié)合細(xì)胞形態(tài)變化構(gòu)建向量場，進(jìn)行了拓?fù)浞纸夥治觥＝Y(jié)果顯示，靜息狀態(tài)下的毛細(xì)血管相關(guān)小膠質(zhì)細(xì)胞（Capillary-associated microglia, CAMs）與腦實(shí)質(zhì)小膠質(zhì)細(xì)胞（Parenchymal microglia, PCMs）在環(huán)境監(jiān)視中表現(xiàn)出不同的動態(tài)行為模式，其中后者顯示出更活躍的細(xì)胞突起伸縮運(yùn)動。

3. 揭示胚胎小鼠大腦內(nèi)神經(jīng)-血管-免疫動態(tài)互作模式

結(jié)合活體血管標(biāo)記技術(shù)與IMEE，研究首次實(shí)現(xiàn)了對哺乳動物胚胎大腦內(nèi)神經(jīng) 血管 免疫互作的實(shí)時(shí)觀測。根據(jù)抑制性神經(jīng)元在切向遷移過程中其引導(dǎo)突與血管的接觸方式，研究人員區(qū)分出兩類互作模式：末端接觸（Terminal contact，TC）與突起接觸（Process contact，PC）。結(jié)果表明，末端接觸會引發(fā)神經(jīng)元引導(dǎo)突分支收縮或新生，從而改變遷移路徑以繞過接觸對象；而突起接觸則允許神經(jīng)元沿原方向繼續(xù)遷移，例如沿血管壁“滑動”。

【抑制性神經(jīng)元與血管相互作用的不同模式】

此外，通過單細(xì)胞及組織轉(zhuǎn)錄組測序分析，研究人員解析了Eph-ephrin與Plexin-Semaphorin兩類化學(xué)排斥性信號通路成員在神經(jīng)元、血管內(nèi)皮細(xì)胞與小膠質(zhì)細(xì)胞中的表達(dá)模式與潛在細(xì)胞間通訊模式。進(jìn)一步體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證實(shí)EphA4受體在介導(dǎo)中間神經(jīng)元引導(dǎo)突末端接觸血管后的排斥行為中起關(guān)鍵作用。

4. IMEE在神經(jīng)發(fā)育疾病與胚胎免疫激活研究中的應(yīng)用

將IMEE應(yīng)用于丙戊酸誘導(dǎo)的自閉癥譜系障礙小鼠模型，研究揭示了抑制性神經(jīng)元的遷移行為缺陷，將細(xì)胞動態(tài)異常與宏觀發(fā)育表型直接關(guān)聯(lián)，為理解此類疾病在胚胎期的病理機(jī)制提供了關(guān)鍵的在體證據(jù)。

此外，通過子宮內(nèi)損傷模型結(jié)合IMEE，研究證實(shí)胚胎小膠質(zhì)細(xì)胞能迅速響應(yīng)損傷、聚集至受損區(qū)域，并轉(zhuǎn)化為激活狀態(tài)，執(zhí)行吞噬與組織修復(fù)功能。

綜上，本研究綜合應(yīng)用新型胚胎小鼠活體成像技術(shù)IMEE、活體血管標(biāo)記與向量場拓?fù)浞治龅确椒ǎ?/strong>系統(tǒng)闡明了哺乳動物胚胎大腦內(nèi)不同類型神經(jīng)元與免疫細(xì)胞的動態(tài)行為，首次揭示了遷移神經(jīng)元與血管網(wǎng)絡(luò)、小膠質(zhì)細(xì)胞之間的動態(tài)互作模式，并展示了病理?xiàng)l件下細(xì)胞行為的異常與響應(yīng)。該工作為深入理解大腦發(fā)育過程中細(xì)胞對周圍環(huán)境的適應(yīng)機(jī)制提供了重要實(shí)驗(yàn)證據(jù)和理論依據(jù)，也為研究發(fā)育性腦疾病的致病機(jī)制提供了全新方法。

清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院副教授，清華-IDG/麥戈文腦科學(xué)研究院、生命科學(xué)聯(lián)合中心、膜生物學(xué)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員米達(dá)與清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院副教授，清華-IDG/麥戈文腦科學(xué)研究院、生命科學(xué)聯(lián)合中心研究員郭增才為本文共同通訊作者。清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士生龍真、醫(yī)學(xué)院博士生于永震與生命科學(xué)學(xué)院博士生賀辰祎為本文共同第一作者。此外，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士后徐林壑、生命科學(xué)學(xué)院博士生燕逸銘以及致理書院本科生李卓儒也為本研究做出了重要貢獻(xiàn)。感謝清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院時(shí)松海院士、梁鑫教授、吳嘉敏教授對本研究的寶貴建議。

原文鏈接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)01313-3

專家點(diǎn)評

時(shí)松海（中國科學(xué)院院士）

這項(xiàng)研究在發(fā)育神經(jīng)生物學(xué)領(lǐng)域具有重要意義。米達(dá)與郭增才團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)的胚胎小鼠活體成像技術(shù)（IMEE），突破了長期制約在體觀測哺乳動物胚胎大腦內(nèi)細(xì)胞動態(tài)行為的技術(shù)瓶頸。傳統(tǒng)成像方法受限于離體環(huán)境失真，或是在體觀測的穩(wěn)定性與時(shí)空局限性，難以真實(shí)、完整地捕捉大腦發(fā)育過程中的細(xì)胞動態(tài)圖景。本工作的核心價(jià)值在于，IMEE技術(shù)首次實(shí)現(xiàn)了對關(guān)鍵發(fā)育窗口期胚胎小鼠大腦的長時(shí)程、穩(wěn)定活體觀測，為在體生理?xiàng)l件下研究不同類型神經(jīng)細(xì)胞的動態(tài)行為建立了全新研究范式。

研究并未止步于技術(shù)展示，而是運(yùn)用這一強(qiáng)大工具，系統(tǒng)解析了小鼠大腦皮層發(fā)育過程中興奮性與抑制性神經(jīng)元的遷移模式，以及小膠質(zhì)細(xì)胞環(huán)境監(jiān)督行為的異質(zhì)性。此外，研究創(chuàng)新性地定義了遷移神經(jīng)元與血管網(wǎng)絡(luò)及小膠質(zhì)細(xì)胞間的兩種互作模式——末端接觸與突起接觸，并初步闡明其分子調(diào)控機(jī)制，為深入理解大腦發(fā)育過程中神經(jīng)-血管-免疫系統(tǒng)動態(tài)互作模式與協(xié)同發(fā)育機(jī)制提供了重要理論依據(jù)。

該工作標(biāo)志著神經(jīng)發(fā)育研究范式的一次升級：它將復(fù)雜的細(xì)胞動態(tài)行為與細(xì)胞間互作置于原生胚胎生理環(huán)境中進(jìn)行“現(xiàn)場直播”與定量解析，為揭示大腦皮層精密組裝的底層規(guī)律提供了全新視角。其所建立的技術(shù)體系與分析方法，將成為未來研究大腦發(fā)育和腦發(fā)育疾病的重要工具，具有深遠(yuǎn)的方法學(xué)價(jià)值與廣闊的應(yīng)用前景。

專家點(diǎn)評

羅敏敏（北京腦科學(xué)與類腦研究所）

米達(dá)團(tuán)隊(duì)與郭增才團(tuán)隊(duì)的合作工作，成功開發(fā)了一種高穩(wěn)定性、多視角、長時(shí)程的胚胎小鼠宮內(nèi)活體成像技術(shù)（IMEE），為在體觀測哺乳動物大腦發(fā)育提供了關(guān)鍵方法突破。該技術(shù)有效克服了胚胎組織脆弱、成像不穩(wěn)定等傳統(tǒng)難題，實(shí)現(xiàn)了對皮層神經(jīng)元、血管及免疫細(xì)胞動態(tài)互作的長時(shí)程、高分辨觀測。

研究利用這一強(qiáng)大技術(shù)，首次在體揭示了胚胎大腦皮層內(nèi)抑制性神經(jīng)元與血管網(wǎng)絡(luò)、小膠質(zhì)細(xì)胞之間的動態(tài)相互作用，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元通過引導(dǎo)突主動探查并響應(yīng)微環(huán)境信號，借助接觸排斥等機(jī)制進(jìn)行遷移導(dǎo)航。此外，作者還將該技術(shù)應(yīng)用于自閉癥模型小鼠，直接觀察到神經(jīng)元遷移的行為異常，為理解神經(jīng)發(fā)育障礙的細(xì)胞機(jī)制提供了重要在體證據(jù)。研究還發(fā)現(xiàn)胚胎小膠質(zhì)細(xì)胞具有快速感知損傷并啟動修復(fù)的能力，拓展了對胚胎期神經(jīng)—免疫互作的認(rèn)識。

這項(xiàng)工作通過創(chuàng)新的活體成像方法，為揭示大腦發(fā)育中神經(jīng)—血管—免疫系統(tǒng)的協(xié)同作用提供了新的研究途徑，也展現(xiàn)了該技術(shù)在解析發(fā)育性疾病機(jī)制方面的潛在價(jià)值，標(biāo)志著發(fā)育神經(jīng)生物學(xué)向動態(tài)、在體、多系統(tǒng)整合研究邁出了重要一步。

制版人： 十一

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