罗敏敏实验室开发跨物种小胶质细胞AAV平台，实现高效精准遗传操纵 | Neuron

小胶质细胞是中枢神经系统中的常驻免疫细胞，广泛参与脑内多种生理和病理过程。近年来，随着神经免疫研究的不断深入，小胶质细胞已成为神经系统疾病机制研究和治疗干预的重要靶点。然而，现有遗传学工具仍难以实现对小胶质细胞的高效、特异和稳定操纵：传统生殖系转基因动物模型存在构建周期长、操作复杂和效率低等局限，而现有腺相关病毒（AAV）载体对小胶质细胞的感染效率和靶向特异性也仍有待提高。因此，开发能够高效、精准靶向小胶质细胞的AAV工具，对于深入解析小胶质细胞的生物学功能、揭示其在神经系统疾病中的作用机制，以及探索小胶质细胞靶向治疗策略具有重要意义。

2026年10月13日，北京脑科学与类脑研究所罗敏敏实验室在 Neuron 期刊发表题为 “A Cross-Species AAV Platform for Precise Microglial Interrogation” 的研究论文。该研究开发了一套集成化、无需依赖Cre系统的AAV平台，实现了对小胶质细胞的高效、特异和持久遗传操纵。该平台将小胶质细胞特异性调控元件MSRE、高效AAV2/9.m衣壳、基于microRNA的神经元去靶向策略以及小胶质细胞定制化密码子优化策略进行整合，为小胶质细胞研究提供了一套具有跨物种应用能力的工具体系。

研究者首先通过联合分析scATAC-seq和sc-RNA-seq数据，筛选在小胶质细胞中特异开放的区域，作为candidates，构成质粒，用AAV MG1.2包成病毒后，在小鼠体内测试。通过这种方法，研究者发现MRE7，MRE8和MRE17可以驱动外源递送的基因在小胶质细胞中表达，为了进一步提高表达的特异性，研究者对MRE7，MRE8，MRE17进行截短测试和miniPromoter更换，通过一一测试，最终筛选得到MRE8.2和miGlobin的组合表现效果最优，并将其命名为Microglia-specific regulatory element (MSRE)。该序列有446 bp，可以高效、特异的驱动基因在小胶质细胞中表达。

图1 鉴定并验证用于AAV介导基因递送的小胶质特异性调控元件

在获得小胶质细胞特异性调控元件(MSRE)后，研究者进一步对AAV衣壳进行筛选和优化。研究发现，新型AAV2/9.m衣壳对小胶质细胞表现出较好的感染特性，同时其病毒包装产量显著高于MG1.2，有利于提高病毒制备效率。

然而，研究者进一步发现，AAV2/9.m在长期表达过程中存在一定程度的非特异性“泄露”。针对这一问题，研究团队引入microRNA-9（miR-9）的靶序列（miR9T），利用microRNA介导的去靶向机制限制目的基因在非目标细胞中的表达，从而进一步提高小胶质细胞靶向的特异性。

最终构建的AAV2/9.m-MSRE-mScarlet-1×miR9T工具在小鼠多个脑区均能够实现长期、高效且特异的小胶质细胞标记。该工具不仅能够有效标记正常状态下的小胶质细胞，在疾病状态下同样保持良好的靶向能力。

研究者进一步选用常用的阿尔茨海默病（AD）模型APP/PS1小鼠进行验证。在不同月龄的APP/PS1小鼠中注射该AAV后发现，无论位于淀粉样蛋白斑块周围还是远离斑块区域的小胶质细胞，均能够被有效标记，表明该工具能够用于AD疾病模型中小胶质细胞的遗传标记和研究

图2 开发的AAV工具在健康及疾病模型小鼠中实现小胶质特异性基因转导

为了进一步验证该AAV系统能否用于小胶质细胞的功能操纵，研究者尝试利用该工具向小胶质细胞递送不同的功能性基因。首先，研究团队选用钙指示器jGCaMP8s，测试该系统对小胶质细胞钙活动的记录能力。

然而，与mScarlet相比，原始版本的jGCaMP8s在小胶质细胞中的表达较弱，在刺激条件下也未能记录到预期的钙信号。进一步研究发现，即使递送相同的蛋白编码基因，不同的密码子组成也会导致其在小胶质细胞中的表达水平产生显著差异。

经过密码子优化后，jGCaMP8s（optim）在小胶质细胞中的表达显著增强。病毒表达两周后，研究者制备小鼠新鲜脑片，并给予500 μM UDP刺激，在显微镜下观察到明显的钙信号响应，表明密码子优化能够有效改善功能性载荷在小胶质细胞中的表达，并支持对小胶质细胞活动进行功能性监测。

在此基础上，研究者进一步验证该系统在活体动物中的应用。研究团队向小鼠S1皮层混合注射hM3Dq（optim）和jGCaMP8s（optim）病毒，并进行双光子成像窗口植入。小鼠恢复两周后进行成像，在腹腔注射DCZ（0.2 mg/kg）后，可以明显观察到小胶质细胞的钙信号活动，表明该AAV平台能够结合化学遗传学和活体成像，实现对小胶质细胞活动的操纵与实时监测。

除神经活动记录和化学遗传学操纵外，研究者还进一步测试了该系统在基因编辑中的应用。研究团队利用该AAV系统向小胶质细胞递送SaCas9，并针对小胶质细胞中的P2ry12基因进行选择性编辑。病毒表达21天后，对小鼠脑组织进行检测，结果显示，该系统能够显著降低小胶质细胞中P2ry12的表达，证明该平台还可用于小胶质细胞的CRISPR-Cas9介导基因组编辑。

图3 靶向小胶质细胞AAV工具的应用

AAV工具能否从啮齿类动物进一步拓展至其他物种，是其广泛应用的重要挑战之一。为验证所开发的小胶质细胞靶向AAV平台是否具有跨物种应用能力，研究者首先在大鼠中进行了测试。

结果发现，在大鼠脑内注射AAV表达21天后，仅有少量小胶质细胞被标记。针对这一问题，研究者进一步尝试在病毒递送体系中加入多柔比星(doxorubicin)，以增强病毒在小胶质细胞中的表达。结果显示，在病毒中加入doxorubicin后，小胶质细胞中的AAV表达显著增强，同时并未明显改变其对小胶质细胞的靶向特异性。在此基础上，研究团队进一步将该工具体系拓展至非人灵长类动物和人类离体脑组织。实验结果表明，该AAV平台同样能够在这些体系中实现对小胶质细胞的特异性靶向，显示出良好的跨物种应用潜力。

综上，该研究建立了一套集成化、无需依赖Cre系统的小胶质细胞AAV遗传操纵平台。该平台通过446 bp的MSRE、具有小胶质细胞嗜性的AAV2/9.m衣壳、miR-9介导的非靶细胞去靶向策略以及小胶质细胞定制化密码子优化等多项策略的协同优化，实现了对小胶质细胞的高效、特异和持久遗传操纵。该工具不仅能够在正常小鼠和AD疾病模型中实现小胶质细胞的长期标记，还能够支持钙成像、化学遗传学操纵以及CRISPR-Cas9介导的基因组编辑等多种功能性应用，并进一步拓展至大鼠、非人灵长类动物及人类离体脑组织。研究为小胶质细胞生物学研究提供了一套具有高效性、特异性、功能多样性和跨物种应用能力的工具体系，有望助力研究人员进一步解析小胶质细胞在神经系统疾病中的作用机制，并推动小胶质细胞靶向研究及相关干预策略的发展。

论文信息

该研究由北京脑科学与类脑研究所罗敏敏实验室、北京师范大学博士生于凤婷完成，通讯作者为罗敏敏教授。该论文的其他作者还包括罗敏敏实验室王睿宇博士、宣武医院博士生狄润、三博医院许可博士、王雄飞博士、栾国明博士、罗敏敏实验室博士生高进权、尚会平、袁正巍博士、戴睿成博士、吴文婷博士、翁丹玮博士、黎亨博士、于涛博士、北京脑所光学影像中心高辛未、载体中心赵非博士和北京师范大学博士生张远青。

研究得到了中国医学科学院创新工程及医学创新基金、教育部基础学科和交叉学科突破计划、中国脑计划、国家自然科学基金、北京市政府以及新基石研究员项目等的大力支持。

原文链接：https://www.cell.com/neuron/abstract/S0896-6273(26)00727-0