核心科学问题
小胶质细胞是中枢神经系统（CNS）和视网膜中唯一的常驻免疫细胞，在神经发育、突触修剪、免疫监视和神经炎症中发挥关键作用。但传统 2D 模型无法模拟小胶质细胞与神经元/星形胶质细胞的复杂三维互作。
类器官-小胶质细胞共培养系统应运而生，为研究人类神经免疫微环境提供了生理相关性更高的体外平台。
小胶质细胞：CNS 免疫核心
起源与功能
- 起源：卵黄囊红髓样祖细胞（EMP）→ 原始巨噬细胞 → 迁移至神经管 → 小胶质细胞
- 三大功能：
- 免疫感知：检测损伤相关分子模式（DAMPs），分泌细胞因子
- 吞噬清除：突触修剪、凋亡小体清除
- 发育支持：分泌 IGF-1/TGF-β促进髓鞘形成和胶质分化
疾病关联
| 疾病 | 小胶质细胞作用 |
|---|---|
| 阿尔茨海默病（AD） | 清除 Aβ斑块 + 释放促炎因子（TNF-α/IL-1β） |
| 帕金森病（PD） | 吞噬α-突触核蛋白聚集体，可能加剧多巴胺能神经元损伤 |
| 肌萎缩侧索硬化（ALS） | 疾病相关表型促进炎症和神经元损伤 |
| 自闭症谱系障碍（ASD） | 突触过度修剪导致神经发育异常 |
| 多发性硬化（MS） | 脱髓鞘和神经炎症 |
类器官-小胶质细胞整合策略
策略对比
| 维度 | 外源添加 | 自发共分化 | 嵌合移植 |
|---|---|---|---|
| 小胶质细胞来源 | iPSC/ESC 诱导 | 类器官内自发产生 | iPSC 诱导后移植 |
| 成熟度 | 中等，轻微激活 | 低-中 | 高，接近体内 |
| 模拟真实性 | 类器官水平 | 类器官水平 | 脑环境 |
| 技术难度 | 低 | 中 | 高 |
| 实验周期 | 短 | 中 | 长 |
| 应用重点 | 高通量药筛、急性炎症 | 早期发育、神经免疫互作起始 | 跨区域迁移、屏障互作 |
1. 外源添加法（最常用）
流程：
- 体外分化 iPSC/ESC → 小胶质细胞
- 在神经元网络已形成但胶质细胞尚未发育时加入
- 补充 IL-34、TGF-β1、M-CSF 维持存活
优势：
- 简单、时间效率高、可控性强
- 适合快速建模和药物筛选
局限：
- 小胶质细胞多停留在类器官表面，无法深入内层
- 与神经元环路的持续互作能力有限
2. 自发共分化法
流程：
- iPSC 在类器官诱导过程中自发产生小胶质样细胞
- 减少神经外胚层刺激，延迟细胞外基质涂层
优势：
- 更高的整合度和发育同步性
- 对 Aβ暴露的清除效率更高，炎症调控更紧密
局限：
- 批次效应大，可重复性差
- 无法靶向引入患者特异性突变
- 缺乏胚胎微环境因子，细胞可能未完全成熟
3. 嵌合移植法
流程：
- iPSC 分化为小胶质前体细胞
- 与脑类器官共培养
- 移植到小鼠大脑中
优势：
- 最接近体内环境：血管化、免疫活性、动态代谢
- 小胶质细胞形态和转录组与患者死后脑组织高度一致
- 在 ASD 模型中成功捕获疾病相关神经免疫表型
局限：
- 依赖免疫缺陷动物模型
- 技术复杂，需要长期动态监测
类器官-小胶质细胞在疾病建模中的应用
自闭症谱系障碍（ASD）
- 关键发现：母体免疫激活（MIA）过度激活胎儿小胶质细胞 → 慢性炎症 → ASD 样行为
- 类器官模型：神经-免疫类器官嵌合体（iHBO）证明ASD 微环境而非内在遗传因素主导小胶质细胞反应性形态变化
阿尔茨海默病（AD）
- APOE3 Christchurch 突变：增强小胶质细胞抗脂质过氧化能力，促进 pTau 清除，保护神经元网络完整性
- 应用：筛选将小胶质细胞从促炎型转向神经保护型的化合物
视网膜类器官-小胶质细胞
功能验证方法：
| 功能 | 检测方法 | 观察表型 |
|---|---|---|
| 吞噬 | pHrodo 标记颗粒/凋亡光感受器碎片 | 荧光信号内化，ONL 碎片减少 |
| 趋化迁移 | 局部激光损伤或 ATP 微梯度 | 小胶质细胞体和突起快速招募到损伤位点 |
| 免疫监视 | 延时活细胞成像 | 小胶质细胞突起持续动态伸缩 |
| 炎症响应 | 高糖刺激（DR 模型）或促炎细胞因子 | TNF-α/IL-1β上调，变形为阿米巴样形态 |
关键研究：
- Nobuhiko Shiraki et al.：首次在眼类器官中观察到内源性产生的 PAX6+ 小胶质样细胞
- Ayumi et al.：RO + hiPSC 来源 MPC 共培养，实现小胶质细胞整合和稳态转录组
其他神经退行性疾病
- 多发性硬化（MS）："免疫-胶质-神经元"三培养类器官，重现典型神经炎症和脱髓鞘
- HDLS（遗传性弥漫性白质脑病伴轴突球）：CSF1R 突变在胎儿阶段即破坏小胶质细胞稳态 → 成年期 IL-1β上调 → IL-1β抑制剂成为潜在靶向治疗
前沿工程技术
1. 微流控芯片（器官芯片）
脑芯片：
- 轴突导向芯片、血脑屏障芯片、神经血管单元芯片
- 改善神经元极性、长期存活、电活动维持
- Tubular brain-on-a-chip：引导神经祖细胞沿微通道分化，形成均匀极性结构
视网膜芯片：
- 精确控制流体剪切力和氧气分布
- 促进视网膜祖细胞扩张，调节视网膜神经节细胞分化和轴突生长
- RO-RPE 共培养模型：揭示色素性视网膜炎关键分子机制（PI3K-Akt 通路失活）
2. 空间转录组学（ST）+ 多组学
核心优势：
- 保留组织空间结构的同时获取转录组信息
- 揭示小胶质细胞在不同脑区（皮层/海马/小脑/纹状体）的转录异质性
- 重建细胞从脑室区到皮层样结构的迁移路径
局限：
- 10x Genomics Visium 分辨率 50-100μm，通常覆盖多个细胞
- 主要捕获 mRNA，不直接反映蛋白表达或细胞功能行为
- 需要与免疫组化、功能检测、多组学方法整合
创新点
- 首次系统综述类器官-小胶质细胞共培养三大策略
- 涵盖脑和视网膜两大 CNS 系统
- 提供完整的功能验证方法表（吞噬/趋化/免疫监视/炎症响应）
- 讨论微流控芯片 + 空间转录组等前沿技术
- 国内团队（河北医科大学）发表，具有参考价值
局限性
- 综述性质：未提供原创实验数据
- 类器官仍缺乏功能性血管结构
- 长期稳定性和标准化协议尚未解决
- 视网膜芯片尚未整合小胶质细胞
- 多类器官互连模型（脑-视网膜-肠轴）仍处于概念阶段
学术启示
类器官-小胶质细胞系统代表了神经免疫研究的新范式。从"只看神经元"到"神经元 + 免疫细胞 + 胶质细胞"的三维互作网络，这为 ASD、AD、MS 等复杂神经疾病提供了更真实的人类模型。
特别是嵌合移植法（类器官 + 小胶质细胞 → 小鼠大脑）已经在 ASD 研究中展现出极高的临床相关性，是未来疾病建模的重要方向。
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文献信息
| 字段 | 内容 |
|---|---|
| PMID | 41909700 |
| 标题 | Organoid–microglia system for modeling the immune microenvironment of the brain and retina |
| 期刊 | Front Immunol 2026, 17: 1747589 |
| DOI | 10.3389/fimmu.2026.1747589 |
| 作者 | Yu J, Tang B, Gu Z, Wang G, Liu A |
| 机构 | 河北医科大学第二医院; 贵州医科大学; 河北国际风湿病联合研究中心 |
| 发表时间 | 2026-03-12 |
| 类型 | Review |
| 关键词 | microglia, organoids, neuroinflammation, stem cells, neuroimmune interactions, disease modeling, drug screening |
联系人｜李东伟
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