Nature | 衰老大脑的外来者：骨髓细胞悄然重塑人小胶质细胞图谱

撰文丨易

小胶质细胞作为中枢神经系统的常驻巨噬细胞，其起源在小鼠中已被明确为胚胎期卵黄囊来源并可在生命周期内通过局部自我更新维持，外周造血贡献极低，但人类小胶质细胞的起源长期存在争议。既往小鼠研究提示外周招募的髓系细胞即便长期驻留脑内也无法完全获得小胶质细胞特征，而近年来人类研究却意外发现携带白血病相关驱动突变（如DNMT3A、TET2、ASXL1突变）的造血干细胞来源克隆可补充脑内小胶质细胞池，这种跨物种差异使得人类小胶质细胞的发育轨迹成为未解之谜。同时，克隆性造血（CH）作为衰老过程中造血干细胞获得体细胞突变并发生克隆扩增的普遍现象，已被证实与多种疾病存在关联，其中特定驱动突变（如TET2突变）的克隆性造血还被发现与阿尔茨海默病（AD）风险降低相关，推测与突变克隆增强脑内浸润并补充小胶质细胞有关，但外周造血细胞贡献人类小胶质细胞是否仅局限于特定驱动事件、克隆浸润的类型、程度、细胞表型及其在神经退行性疾病中的功能角色均不明确，亟需系统解析人类衰老过程中小胶质细胞的发育起源与动态变化。

近日，美国斯坦福大学Siddhartha Jaiswal、Howard Y. Chang和Julia A. Belk在Nature期刊上发表题为Somatic mutations reveal the ontogeny of microglia in human aging的研究论文，创新性地利用体细胞突变作为天然条形码，系统证实衰老过程中骨髓来源的髓系细胞会广泛浸润人脑并补充小胶质细胞池，且这种外周贡献随年龄增长显著增加，同时发现大多数类型的克隆性造血可通过增强脑内免疫监视对阿尔茨海默病产生保护作用。

首先，作者针对人类小胶质细胞起源难以实时追踪的技术瓶颈，创新性地开发了基于体细胞“乘客突变”（passenger mutations）的克隆谱系追踪技术——PACT（Passenger Assisted Clone Tracking）。该方法的核心逻辑在于利用衰老过程中造血干细胞克隆扩增积累的独特体细胞突变作为“天然条形码”：作者先对入组个体的外周血进行全基因组测序，识别并筛选出随克隆扩增共同遗传的高置信度乘客突变，随后合成针对这些突变位点的个性化捕获探针，对尸检脑组织中分选得到的总核、髓系富集核（NeuN— Olig2—）、神经元（NeuN+）及少突胶质细胞（Olig2+）进行靶向深度测序。结果证实，PACT技术能精准区分骨髓来源与脑内固有细胞，驱动突变及伴随的乘客突变簇高度富集于髓系细胞核中，而在神经元和少突胶质细胞中几乎检测不到，且克隆的细胞分数可通过乘客突变的中位等位基因频率进行准确定量，即便在未预先知晓驱动突变的情况下，也能有效评估骨髓来源克隆的脑内浸润情况。

随后，作者将PACT技术应用于20例无特定血液系统疾病的老年个体，系统描绘了衰老过程中骨髓细胞向脑内浸润的全景图。结果显示，所有被检个体均存在不同程度的骨髓来源细胞脑内定植，打破了既往认为人类小胶质细胞仅源于胚胎期且外周贡献极低的认知。通过解析乘客突变的累积分布，识别出每个个体中的主要克隆及次要克隆，并结合数学模型模拟了脑内克隆竞争动力学，发现“早鸟模型”（即较早发生的克隆凭借更长的定植时间获得竞争优势）与中性竞争是克隆在脑内共存的主要模式，例如个体UW1中较年轻的SF3B1突变克隆在脑内的占比反而低于更早起源的未知驱动克隆。此外，靶向深度测序还在4例个体的脑组织中发现了血液未检出的潜在驱动突变，提示部分克隆可能具有脑内特异性进化特征。

为了精确界定这些浸润克隆的细胞身份，作者进一步对枕叶皮层样本开展了单细胞核染色质可及性测序（snATAC-seq），并整合了外部大规模的脑与血液参考数据集进行联合分析。结果表明，脑内检测到的造血来源细胞核中，高达99.73%聚类为SALL1+、TMEM119+的经典小胶质细胞，其染色质开放图谱与外周单核细胞或血管周围巨噬细胞存在显著差异，排除了这些信号主要来源于外周污染或血管周围巨噬细胞的可能性。定量分析显示，这些骨髓来源的浸润细胞可占小胶质细胞池的5.34%至81.57%，且血液中克隆的大小是预测其在脑内替换比例的关键指标。此外，通过统计乘客突变的数量来推算克隆年龄，作者发现较年老的克隆在归一化血液克隆大小后，在脑内小胶质细胞中的占比更高，这为早鸟模型提供了直接的实验证据，表明早期建立的克隆在脑实质中具有更强的长期定植能力。多脑区（枕叶、壳核、小脑）的平行分析进一步证实，这种克隆浸润是全身性的，不同脑区的替换比例无显著差异，且涵盖了所有已知的小胶质细胞亚群，包括具有高度SMAD转录因子活性的稳态亚群。

在此基础上，作者通过纳入不同年龄层的个体，揭示了小胶质细胞替换随年龄变化的动态规律。研究发现，这一过程在70岁以上的老年群体中即已启动，且随着年龄增长显著加速。考虑到造血干细胞克隆本身的大小也随年龄增长而增加，高龄个体脑内浸润克隆的占比最终可接近其在血液中的水平，表明衰老伴随着外周髓系细胞对脑内免疫微环境的渐进式重塑。为了排除PACT技术可能存在的偏倚，采用了完全正交的线粒体DNA（mtDNA）单细胞谱系追踪技术（mtscATAC-seq）进行验证。通过对2例研究尸检个体的新鲜脑组织和骨髓进行分析，发现线粒体突变谱清晰地标记了外周髓系细胞向脑内的多克隆持续流入。例如，在RA2个体中，骨髓中占主导地位的m.2098G>C突变克隆标记了约16%的脑内小胶质细胞。值得注意的是，对骨髓移植受者的分析显示，供体来源的细胞在脑内定植仅2年后，其染色质可及性图谱就已与受体固有小胶质细胞高度相似，仅在ITGA4等极少数位点存在差异，证明外周来源的髓系细胞具备快速获得小胶质细胞完整表型的能力。

最后，为了探究这一生物学过程在疾病中的意义，作者整合了阿尔茨海默病测序项目（ADSP）中数千例参与者的血液基因组数据与临床表型。分析显示，克隆性造血（CH）在老年人群中极为普遍，90岁以上人群的患病率高达77.25%。逻辑回归分析表明，除了已知的SNV/INDEL驱动突变外，那些未被传统方法检出的未知驱动克隆性造血，同样与神经病理学确诊的阿尔茨海默病风险降低显著相关。这种保护作用在临床诊断为AD痴呆的队列中也得到了重复验证，而染色体大片段缺失/获得（mCA）类的克隆性造血则未显示出显著关联。这一结果将克隆性造血对AD的保护作用从特定的驱动突变扩展到了更广泛的克隆造血类型，提示外周来源的突变小胶质细胞可能通过增强对β-淀粉样蛋白和tau蛋白的吞噬清除能力，在衰老大脑的病理进程中发挥积极的保护作用。

综上所述，本研究突破性地利用体细胞突变作为天然谱系示踪工具，证实衰老过程中骨髓来源的髓系细胞会广泛、持续地浸润人脑，并成功整合进小胶质细胞池，构成老年大脑免疫组成的重要部分；这一外周贡献随龄剧增，且大多数类型的克隆性造血可通过补充具有潜在保护功能的细胞群体，显著降低阿尔茨海默病的发病风险，从而重塑了我们对人类小胶质细胞起源、脑衰老免疫重塑及神经退行性疾病防控的认知。

https://doi.org/10.1038/s41586-026-10939-0

制版人： 十一

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