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在亨廷頓病（HD）的小鼠模型中，新生期膠質細胞的替換可以延緩疾病進展，而HD的一個顯著特征是膠質細胞功能障礙。

基于此，2025年6月11日，丹麥哥本哈根大學Steven A. Goldman研究團隊在Cell Reports雜志發表了“Human glial progenitors transplanted into Huntington disease mice normalize neuronal gene expression, dendritic structure, and behavior”揭示了將人類膠質前體細胞移植到亨廷頓病小鼠體內可使神經元的基因表達、樹突結構和行為恢復正常。

在這里，作者探討將人類膠質前體細胞（hGPCs）移植到成年R6/2 HD小鼠體內是否能夠改善其表型以及患病的宿主神經元如何受到健康膠質細胞的影響。發現將hGPCs移植到成年R6/2 HD小鼠的紋狀體中確實減緩了它們的運動和認知能力下降，并延長了生存期。單核RNA測序顯示，在R6/2紋狀體神經元中，那些與突觸發育和結構相關的基因表達水平降低，但這些基因的轉錄在健康膠質細胞的作用下得到了部分恢復。通過狂犬病病毒標記實驗發現，R6/2紋狀體神經元的樹突復雜性和樹突棘密度存在缺陷，而hGPC移植則在很大程度上恢復了這兩項指標。這些研究結果表明，在HD模型中進行膠質細胞替代可以在一定程度上使神經元的基因表達恢復正常，同時恢復樹突的復雜性，并延緩疾病的進展。

圖一 移植到年輕成年R6/2小鼠紋狀體中的hGPCs分化為GPCs和星形膠質細胞

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在之前的研究中，作者發現將hGPCs移植到新生期免疫缺陷小鼠體內后，在12周齡時紋狀體中出現了大量的人源膠質細胞嵌合現象。基于這一基礎，在本研究中探討是否可以通過將hGPCs移植到年輕成年R6/2小鼠體內，實現類似的紋狀體膠質細胞替代。為此，將通過基于CD44的免疫磁珠分選獲得的偏向分化為星形膠質細胞的hGPCs，移植到了5周齡的年輕成年R6/2 × Rag1?/?小鼠的紋狀體中。這些細胞來源于孕中期胎兒人腦組織，細胞被以每半球5萬個的數量雙側注射入紋狀體。在移植后11至12周進行免疫染色顯示，hGPCs在紋狀體內顯著擴增并廣泛遷移，成功競爭性地替換了原有的小鼠膠質前體細胞。移植后，作者收集了未使用的細胞重新培養，以便通過單細胞RNA測序和體外免疫標記對所移植的細胞材料進行表征。單細胞RNA測序分析顯示，經過CD44篩選的細胞包含一個異質性的群體，包括尚未決定命運的神經前體細胞和膠質前體細胞，其中后者主要包括一個主要偏向星形膠質細胞但尚未完全分化的群體，以及一群星形膠質前體細胞和成熟星形膠質細胞，它們各自具有階段特異性的轉錄表達特征。相應地，在體外免疫標記中觀察到大量表達GFAP的細胞，這些細胞基本處于非分裂狀態但仍處于未成熟階段；值得注意的是，大多數Ki67標記的有絲分裂細胞并不表達GFAP，而是表達波形蛋白。在體內，移植的hGPCs幾乎完全替換了宿主紋狀體中的膠質細胞，并進一步擴展至蒼白球和前腦腹側區域，部分延伸至胼胝體。從表型來看，一部分移植細胞共同表達了人源GFAP和hNA，表明其已經分化為成熟的星形膠質細胞；而大部分hNA+的人源供體細胞仍保持為前體細胞狀態，表現為同時表達PDGFRα和Olig2。值得注意的是，移植的hGPCs并未出現亨廷頓病細胞內病理學標志：細胞核內亨廷頓蛋白（Htt）聚集物。相反，Htt包涵體僅存在于宿主小鼠細胞中，在hNA標記的供體細胞中從未出現。因此，將偏向星形膠質細胞的hGPCs移植到成年R6/2小鼠體內后，能夠競爭性地替代原本表達突變亨廷頓蛋白（mHtt）的宿主膠質細胞，使得移植的hGPCs在小鼠紋狀體中實現了廣泛的嵌合化。來源于人類胚胎干細胞的野生型hGPCs可以在成年野生型小鼠中替代表達mHTT的同種異體hGPC移植物。

圖二 hGPCs移植到紋狀體中減緩了R6/2小鼠的疾病進展

接下來，作者探討將hGPCs移植到年輕成年R6/2小鼠的紋狀體中，是否可以改善亨廷頓病表型中的運動和認知缺陷。首先在14周齡時，使用曠場測試評估了一組年輕成年小鼠的自主活動能力。這些小鼠包括：接受hGPC移植的R6/2 × Rag1?/?小鼠、未接受移植的R6/2 × Rag1?/?小鼠以及野生型Rag1?/?對照小鼠。在曠場測試中，接受hGPC治療的小鼠表現出顯著高于未治療R6/2對照組的活動水平，且與野生型小鼠的活動水平無明顯差異。這組小鼠還接受了兩項非侵入性認知行為測試：高架十字迷宮測試和新物體識別測試，分別用于檢測焦慮水平和識別記憶的變化。在高架十字迷宮測試中，R6/2小鼠進入開放臂的次數比野生型對照組更多，表明它們對探索的恐懼減少；而在接受hGPC移植的R6/2小鼠中，這一現象得到了恢復正常。同樣，在新物體識別測試中，接受hGPC治療的R6/2小鼠與野生型小鼠一樣，都在新物體附近停留了更長時間，明顯長于未治療的R6/2對照組。隨后，作者對另一組接受相同處理的年輕成年R6/2小鼠進行了每兩周一次的運動協調能力評估，從4周齡開始進行連續轉棒實驗。發現未接受注射的R6/2 × Rag1?/?小鼠隨著年齡增長和疾病進展，其在加速轉棒上的表現逐漸下降；而接受hGPC移植的R6/2 × Rag1?/?小鼠則退化得更慢。接下來進一步探討，hGPC移植所帶來的行為改善是否能夠延長R6/2小鼠的生存期。為了避免行為和運動測試可能帶來的干擾效應，在另一組獨立的小鼠中進行了這項實驗。未經治療的R6/2小鼠通常在18周齡左右死亡，而接受成年期hGPC移植的小鼠平均生存期延長了兩周，盡管細胞移植僅限于紋狀體區域。綜上所述，將hGPCs雙側植入年輕成年R6/2小鼠的紋狀體中，可以適度延長其壽命，同時顯著減緩認知功能的退化，并穩定其功能性能力。值得注意的是，即使是在疾病進展迅速、細胞移植發生在成年階段的情況下，仍能觀察到這種效果，說明移植的健康供體細胞必須在短時間內完成了快速定植并實現了功能整合。

圖三 在經過P1治療的R6/2小鼠中，D2型和D1型MSNs的樹突棘密度得到改善

中腦皮層和丘腦來源的谷氨酸能傳入神經構成了中等棘神經元（MSNs）樹突分支上的絕大多數輸入連接，這些突觸主要位于樹突棘上。已有研究發現，在亨廷頓病（HD）小鼠模型以及死后人類患者的腦組織樣本中，都觀察到了樹突棘的萎縮現象，這進一步表明MSNs的樹突退化是疾病進展中的關鍵環節。基于此，作者接下來探討hGPC移植是否不僅恢復了樹突分支的結構，還恢復了這些分支上樹突棘的密度和分布情況。為此，對所有捕獲的樹突分支進行了樹突棘數量統計，并據此推算出密度值。只有在至少能夠清晰捕捉4條具有顯著EGFP信號、便于清楚觀察樹突棘的樹突分支時，才將該細胞納入分析范圍。此外，作者的分析僅限于靠近胞體的前5級分支，這是在所分析細胞中觀察到的最高分支等級。發現相比于野生型對照小鼠，R6/2小鼠中無論是投射至蒼白球外側部（GPe）的D2受體陽性（D2R）MSNs，還是投射至黑質致密部（SNr）的D1受體陽性（D1R）MSNs，其隨著分支等級的增加，樹突棘密度都顯著降低。而接受野生型hGPC移植后，這種疾病相關的樹突棘減少得到了很大程度的恢復。在接受移植的R6/2小鼠中，D2R和D1R MSNs的樹突棘密度相比未接受移植的R6/2小鼠顯著提高。值得注意的是，無論是在GPe投射還是SNr投射的MSNs中，hGPC移植后的R6/2小鼠與野生型小鼠之間的樹突棘密度沒有顯著差異。這些數據表明，hGPC移植使MSNs樹突分支的數量恢復到了野生型水平，同時伴隨著樹突棘數量的顯著回升。野生型MSNs的樹突復雜性并未因hGPC移植而發生改變，其樹突棘密度也僅有輕微上升，這表明野生型膠質細胞移植對患病神經元具有選擇性作用，而對健康神經元影響較小。總體而言，結果進一步支持膠質細胞移植可以上調R6/2紋狀體神經元中與突觸結構相關通路的表達水平。更廣泛地來看，這些發現突出了將健康的野生型hGPCs引入R6/2小鼠紋狀體后，疾病小鼠在功能能力方面得以恢復的重要關系。

圖四 全文摘要圖

總結

綜上所述，移植野生型hGPCs可顯著改善HD小鼠中神經元的基因表達異常，并在成年HD小鼠的體內條件下，使MSNs的樹突分支形態得到部分恢復。這種恢復體現在整體樹突復雜性的提升，以及樹突棘密度和成熟度的增加。重要的是數據還證明了將hGPCs引入成年HD小鼠紋狀體環境中的可行性，并實現了有效的膠質嵌合，從而在運動活動與協調能力，以及認知和行為測試中均表現出顯著改善。

文章來源

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2025.115762