在脊髓损伤后，通过微胶质细胞耗竭/再填充小鼠模型，鉴定出与再填充的微胶质细胞相关的基因

脊髓损伤小鼠模型中CSF1R抑制剂PLX3397导致小胶质细胞耗竭后快速再增殖，促进运动功能恢复和神经元存活，同时抑制胶质瘢痕形成。转录组学及蛋白互作网络分析鉴定出Il1b、Ccr2、Il15等关键基因，涉及免疫应答、补体激活等通路。

薛世元|胡笛|李丽萍|孙月荣|魏新毅|肖燕|姜启玲|齐超|傅海涛

青岛大学附属医院运动医学系，中国青岛266003

摘要

本研究旨在探讨通过 colony-stimulating factor 1 受体（CSF1R）抑制剂 PLX3397 剔除小鼠的小胶质细胞后，重新募集的小胶质细胞对神经修复和功能恢复的影响，并识别与修复促进相关的基因。小鼠根据是否接受标准饮食或 PLX3397 饮食被分为对照组、持续小胶质细胞缺失组和小胶质细胞缺失/重新募集组。所有组的小鼠均接受了完全的脊髓压迫损伤。在损伤后 21 天通过行为评分、免疫荧光染色和 RNA 测序进行了全面评估。结果表明，PLX3397 有效消除了小鼠脊髓中约 95% 的小胶质细胞。停药后，小胶质细胞迅速重新募集并表现出促再生表型。重新募集的小胶质细胞显著促进了损伤后的运动功能恢复，增加了神经元存活率，并减少了胶质瘢痕形成。转录组分析识别出与重新募集的小胶质细胞相关的基因，这些基因在免疫反应、补体激活、吞噬作用和细胞因子信号通路中富集。对这些相关基因进行的蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络分析进一步确定了关键基因，包括 Il1b、Ccr2 和 Il15。本研究表明，重新募集的小胶质细胞可能通过调节免疫微环境发挥神经保护作用。本研究鉴定的 336 个与重新募集的小胶质细胞相关的基因，以及在这些小胶质细胞中优先上调的关键基因，可能成为治疗脊髓损伤（SCI）的新靶点。

引言

脊髓损伤（SCI）是对中枢神经系统（CNS）的严重创伤，通常导致损伤水平以下的自主运动和感觉功能永久丧失或受损（West & Cragg, 2024）。不到 1% 的患者在 SCI 后实现完全的神经功能恢复，约 45% 的患者留下永久性的运动和感觉缺陷（Ahuja et al., 2017, Theis et al., 2025）。全球每年脊髓损伤的发病率约为每百万人 40 例，每年新增近 50 万例。随着人口老龄化程度的增加和活动范围的扩大，SCI 的发病率持续上升（Kumar et al., 2018），给医疗和社会经济带来了巨大负担。当前的临床管理通常结合手术干预和辅助治疗，如甲基泼尼松龙脉冲疗法、高压氧、术后康复和物理治疗。尽管这些综合方法在某些情况下显示出有益效果，但由于 SCI 的复杂病理生理机制，功能恢复仍不理想。

SCI 的特征是初始的机械性损伤导致原发性损伤，进而引起组织细胞死亡、轴突丢失和血脑屏障破坏。随后是一系列继发性损伤事件（F. Li et al., 2024），包括血管损伤、细胞死亡、炎症反应、轴突退化和胶质瘢痕形成（X. Wang et al., 2023）。这些过程共同加剧了组织损伤并阻碍了修复，最终导致神经元凋亡、胶质瘢痕形成和不可逆的运动和感觉缺陷（Alizadeh et al., 2019, Anjum et al., 2020）。大量证据表明，抑制继发性损伤级联是 SCI 治疗的关键窗口；然而，由于其高度复杂的机制，治疗 SCI 仍然是一个重大挑战。

小胶质细胞是 CNS 中的常驻先天免疫细胞，约占所有 CNS 细胞的 10%。它们在神经发育和维持 CNS 内稳态中起着关键作用，并参与对微环境刺激的先天免疫反应（Q. Li & Barres, 2018）。当检测到环境变化时，小胶质细胞会迅速激活并分化为不同的表型（Prinz et al., 2021）。先前的研究将激活的小胶质细胞分为促炎型和细胞保护型（Paolicelli et al., 2022, Wan et al., 2022）。促炎型小胶质细胞与组织损伤和炎症有关，产生促炎因子如 TNF-α、IL-6、iNOS 和 ROS。相反，细胞保护型小胶质细胞通过表达 IL-4、IL-10、IGF-1 和 TGF-β 促进组织修复、抗炎反应、神经元分化和卫星细胞增殖。在 SCI 发生后的 20–40 分钟内，小胶质细胞迅速激活，在神经炎症、神经毒性、吞噬作用、神经保护和组织修复中发挥双重作用（David et al., 2018, Greenhalgh et al., 2020）。在 SCI 模型中，激活的小胶质细胞与反应性星形胶质细胞相互作用形成胶质瘢痕，这阻碍了轴突再生和功能恢复（Sofroniew, 2020）。小胶质细胞还通过释放 ROS 和促炎细胞因子如 TNF-α 和 IL-6 来放大炎症信号，从而促进继发性损伤的进展（Bloom et al., 2020, Cai et al., 2025, Donnelly and Popovich, 2008）。然而，越来越多的证据表明，小胶质细胞在 SCI 的早期阶段也具有某些神经保护作用。通过激活 MyD88 通路，小胶质细胞吞噬碎片，有效减轻炎症并启动少突胶质细胞再生（L.-L. Liu et al., 2025; J. Zhang et al., 2025）。此外，激活的小胶质细胞分泌各种营养物质、生长因子和趋化因子，在调节损伤后微环境和影响 SCI 病理中起重要作用（Greenhalgh et al., 2020）。因此，持续消除激活的小胶质细胞可能不是治疗 CNS 疾病和损伤的合理策略。

近年来，CNS 中小胶质细胞的消除作为一种新的治疗策略得到了广泛研究，重点关注其消除和随后的重新募集过程。研究表明，小胶质细胞的存活主要依赖于 colony-stimulating factor 1 受体（CSF1R）的信号传导（Elmore et al., 2014）。给予小分子 CSF1R 抑制剂会导致 CNS 中小胶质细胞迅速减少，停药后约两周内小胶质细胞重新募集到基线水平（Shi et al., 2022, Spangenberg and Green, 2017）。值得注意的是，重新募集的小胶质细胞已被证明可以在创伤性脑损伤（TBI）后的关键时间窗口内支持神经发生，促进组织修复并改善认知缺陷（Rice et al., 2017, Willis et al., 2020）。尽管单独消除激活的小胶质细胞对 TBI 后的功能恢复影响有限，但通过药理学或基因重组使小胶质细胞向促修复表型转变可以促进损伤后的恢复——特别是通过增强参与认知功能的新生成神经元的存活（Willis et al., 2020）。在广泛神经元丢失的模型中，由肥大性 CD68 和 CD45 阳性小胶质细胞以及细胞因子、趋化因子、补体成分和其他炎症介质水平升高引起的持续神经炎症反应，通过小胶质细胞重新募集得到了显著缓解。这导致神经功能显著改善（Rice et al., 2017）。因此，本研究旨在探讨是否可以在 SCI 小鼠模型中实现小胶质细胞的消除和随后的重新募集，以及这种方法是否可以促进 SCI 后的组织修复和功能恢复，并最终识别与重新募集的小胶质细胞相关的基因。

实验部分

动物

从济南鹏悦生物技术有限公司购买了 6 周大的 C57BL/6 雌性小鼠。所有动物都在标准条件下饲养，光照/黑暗周期为 12 小时，环境温度为 23 ± 2°C，相对湿度为 50 ± 5%，并可自由获取食物和水。

实验组

本研究共使用了 48 只小鼠。实验过程中没有死亡现象，所有动物均被纳入最终分析，没有排除。

首先，15 只小鼠被分配用于评估药理效应

脊髓小胶质细胞的药理消除和重新募集

为了消除小鼠脊髓中的小胶质细胞，给小鼠喂食含有 colony-stimulating factor 1 受体（CSF1R）抑制剂 PLX3397 的饮食（图 1A）。Iba1 免疫荧光染色显示，连续给药 21 天后，脊髓中的小胶质细胞减少了超过 95%（图 1B,C）。停药后 7 天内，小胶质细胞迅速重新募集，恢复到原始密度的 90% 以上（图 1B,C）。

讨论

SCI 后的功能恢复仍然是一个巨大的挑战，主要是由于初始创伤后持续数周至数月的复杂继发性损伤级联反应（Ahuja et al., 2017）。作为 CNS 的先天免疫细胞，小胶质细胞在 SCI 的发病机制和修复过程中被广泛报道具有双重作用（Bloom et al., 2020, Cai et al., 2025, David et al., 2018, Donnelly and Popovich, 2008, Greenhalgh et al., 2020; Y. Li et al., 2020, Sofroniew, 2020）。早期研究表明

结论

本研究首次系统评估了小胶质细胞重新募集在 SCI 中的治疗潜力，并揭示了其潜在的分子机制。重新募集的小胶质细胞可能通过调节免疫微环境、增强神经元存活率和抑制胶质瘢痕形成来改善功能恢复。通过控制小胶质细胞的消除和随后的重新募集来强制“更新”小胶质细胞可能是一种有前景的治疗策略，以及优先上调的基因

出版同意

所有作者均批准了手稿并同意提交和发表。

作者贡献

SX 和 DH 进行了实验并起草了手稿。HF 和 CQ 构思了项目并设计了实验。YS、YX 和 LL 参与了数据分析。XW 和 QJ 参与了动物模型的建立和干预。HF 和 CQ 帮助解释了数据。所有作者都阅读并批准了手稿的最终版本。

作者贡献声明

薛世元：写作 – 审稿与编辑，写作 – 初稿，实验研究。胡笛：写作 – 审稿与编辑，写作 – 初稿，实验研究。李丽萍：写作 – 审稿与编辑，形式分析。孙月荣：写作 – 审稿与编辑，形式分析。魏新毅：写作 – 审稿与编辑，方法学。肖燕：写作 – 审稿与编辑，形式分析。姜启玲：写作 – 审稿与编辑，方法学。齐超：写作 – 审稿与编辑，验证，方法学，

伦理批准

所有涉及动物的研究程序均得到了青岛大学实验室动物福利伦理委员会的批准。

资助

本研究得到了山东省医学和健康科学技术项目（202407020962）、国家自然科学基金（82102558）、山东省自然科学基金（ZR2020QH117）和中国博士后科学基金（2021M691690）的资助。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。