Science?| 不止免疫，小膠質細胞也是生殖調控核心

撰文丨亦

生殖系統的調控由下丘腦-垂體-性腺（hypothalamic-pituitary-gonadal，HPG）軸主導，其中GnRH（gonadotropin-releasing hormone）神經元在大腦中扮演核心發令者的角色【1，2】。在外周，該指令最終作用于骨骼和乳腺等靶器官，而RANK（receptor activator of nuclear factor-kappa B）信號通路則是這些外周器官響應生殖激素（如雌激素）的關鍵介質，參與破骨細胞分化及乳腺上皮增殖等過程【3，4】。然而，在大腦內部，除了神經元之外，數量龐大的膠質細胞（尤其是小膠質細胞）是否也參與了對 HPG 軸的調控，目前尚不清楚。這引出了一個關鍵問題：作為外周生殖激素作用節點的RANK信號通路，是否也在中樞神經系統中表達并發揮作用，從而在更上游的層面參與調控生殖功能？

近日，西班牙國家癌癥研究中心Eva Gonzalez-Suarez和Alejandro Collado-Sole合作，共同在 Science 上發表了題為Microglia Rank signaling regulates GnRH neuronal function and the hypothalamic-pituitary-gonadal axis的文章。研究通過多種小鼠模型、人類遺傳學數據和單細胞轉錄組學分析，揭示了小膠質細胞中的RANK信號通路通過調控GnRH神經元的功能，進而控制HPG軸的激活、性成熟和生育能力。

為探究Rank信號在青春期性成熟中的作用，研究者分析了兩種全身性Rank敲除小鼠模型。結果發現，Rank缺失導致雌性小鼠雌激素降低、無黃體、排卵缺陷；雄性小鼠睪酮降低、睪丸變小、精子發生受損；同時LH、FSH降低，Gnrh1 mRNA下調，表明低促性腺激素性性腺功能減退（HH）。還發現RANK metagene與GnRH metagene在人類下丘腦中高度相關，提示RANK信號可能調控GnRH表達。由于Rank缺陷小鼠的表型與先天性低促性腺激素性性腺功能減退（congenital hypogonadotropic hypogonadism，CHH）患者相似，且約50% CHH病例遺傳原因未明，研究者對564例CHH先證者進行全外顯子測序，篩查RANK基因及RANK metagene中的罕見變異。結果在6個無關先證者中發現6個罕見的RANK雜合變異（占1%），其中兩個（p.K240E, p.E382G）預測為致病性。還在73個先證者（13.1%）中發現RANK metagene基因的76個罕見有害變異。這些發現提示RANK信號通路參與人類HPG軸的調控。

鑒于部分攜帶RANK突變的CHH患者嗅覺正常，提示可能不涉及胚胎期GnRH神經元遷移缺陷，而更可能與出生后功能異常有關。為此，研究者利用他莫昔芬誘導的全身性Rank敲除小鼠，在青春期起始或成年期誘導敲除，并重點分析雄性小鼠。結果顯示，青春期誘導敲除導致雄性小鼠不育或生育力低下，睪丸重量減輕，睪酮和LH降低，垂體促性腺激素mRNA減少，下丘腦Gnrh1和Rank mRNA降低。成年期誘導也導致類似表型。這些結果證實Rank不僅在胚胎期，而且在青春期和成年期都持續調控HPG軸。由于在GnRH神經元中特異性敲除Rank并未引起生殖表型，提示其他細胞類型可能參與調控。通過分析小鼠和人類下丘腦單細胞RNA測序數據，發現Rank/RANK基因及其metagene幾乎 exclusively 表達于小膠質細胞。為驗證小膠質細胞的作用，研究者使用CSF1R抑制劑PLX3397在青春期消耗小膠質細胞。結果顯示，小膠質細胞消耗導致雄性小鼠睪丸重量減輕、生精小管面積減小，雌性小鼠卵巢黃體數量減少，證實小膠質細胞確實調控HPG軸。

為直接驗證小膠質細胞中Rank信號的作用，研究者構建了兩個胚胎期髓系Rank敲除模型以及兩個他莫昔芬誘導的小膠質細胞特異性敲除模型。結果發現，小膠質細胞Rank缺失導致雌性小鼠無黃體、子宮輕、乳腺發育不良、發情周期紊亂、不育或生育力低下，LH降低；雄性小鼠睪酮降低、睪丸重量減輕、青春期延遲、LH降低、下丘腦Gnrh1減少。誘導敲除也導致類似表型。為排除外周影響，研究者構建了LysM-Cre介導的Rank敲除模型，該模型在外周髓系細胞中高效敲除但下丘腦Rank表達保留。結果顯示，處理后的小鼠沒有生殖表型，體重、骨、生育力、性器官發育、激素水平均正常，下丘腦Gnrh1和LH正常。這證實外周髓系細胞中的Rank缺失不參與生殖調控，從而將作用定位于中樞小膠質細胞。

為揭示Rank缺失對小膠質細胞的分子影響，研究者對青春期Rank敲除小鼠的下丘腦進行單細胞轉錄組測序，并富集小膠質細胞。聚類分析鑒定出三個主要小膠質細胞亞群：cluster 1（活性亞群）高表達穩態基因和吞噬相關基因；cluster 2（非活性亞群）低表達多種通路；cluster 3代謝活躍。Rank缺失導致小膠質細胞中差異表達基因最多，主要影響小膠質細胞亞群分布：活性亞群（cluster1）減少，非活性亞群（cluster2）增加。下調基因涉及吞噬、補體、翻譯、線粒體呼吸等通路。RANKL刺激原代小膠質細胞上調這些基因，提示Rank維持小膠質細胞活化狀態。接下來，作者進一步觀察了不同腦區小膠質細胞的形態。在視前區（PoA）未見明顯變化，但在正中隆起（ME）區域，Rank缺失導致小膠質細胞數量增加，但細胞總面積減小、胞體增大、突起減少，呈現阿米巴樣形態。盡管這種形態通常與活化相關，但轉錄組卻顯示低活性，提示形態與功能解偶聯。此外，整合公共數據集發現ME區小膠質細胞RANK metagene富集，表明該區域對Rank信號更敏感。為驗證局部作用，向成年小鼠ME區注射4-羥基他莫昔芬以誘導小膠質細胞Rank缺失，結果導致血清LH降低，證實ME局部Rank信號對HPG軸至關重要。

為明確小膠質細胞Rank缺失對GnRH神經元的影響，研究者首先確認了GnRH神經元數量無變化，且嗅覺功能正常，排除了遷移缺陷。隨后發現，在ME區，Rank缺失小鼠的小膠質細胞與GnRH神經末梢的接觸減少，小膠質細胞內吞的GnRH免疫反應顆粒減少，同時CD68+吞噬小體也減少，提示小膠質細胞對GnRH末梢的吞噬和重塑功能下降。功能實驗顯示，敲除小鼠對Kisspeptin-10刺激的LH反應減弱，但對GnRH反應正常，LH脈沖頻率降低，表明GnRH神經元本身功能受損，而垂體反應正常。盡管Kiss1 mRNA表達上調（可能為代償），但Kiss1神經元數量和GPR54表達未變。這些結果揭示小膠質細胞Rank信號通過調控與GnRH神經末梢的相互作用，影響GnRH神經元功能，最終導致HH。

綜上，該研究首次揭示了下丘腦小膠質細胞通過RANK信號調控GnRH神經元功能，填補了小膠質細胞在生殖神經內分泌調控中作用機制的空白，并為理解CHH的遺傳基礎提供了新視角。

10.1126/science.aeb6999 (2026)

制版人： 十一

參考文獻

1. A. E. Herbison, Control of puberty onset and fertility by gonadotropin-releasing hormone neurons.Nat. Rev. Endocrinol.12, 452–466 (2016). doi:10.1038/nrendo.2016.70 Medline

2. L. Pinilla, E. Aguilar, C. Dieguez, R. P. Millar, M. Tena-Sempere, Kisspeptins and reproduction: Physiological roles and regulatory mechanisms.Physiol. Rev.92, 1235–1316 (2012). doi:10.1152/physrev.00037.2010 Medline

3. J. E. Fata, Y. Y. Kong, J. Li, T. Sasaki, J. Irie-Sasaki, R. A. Moorehead, R. Elliott, S. Scully, E. B. Voura, D. L. Lacey, W. J. Boyle, R. Khokha, J. M. Penninger, The osteoclast differentiation factor osteoprotegerin-ligand is essential for mammary gland development.Cell103, 41–50 (2000). doi:10.1016/S0092-8674(00)00103-3 Medline

4. M. Beleut, R. D. Rajaram, M. Caikovski, A. Ayyanan, D. Germano, Y. Choi, P. Schneider, C. Brisken, Two distinct mechanisms underlie progesteroneinduced proliferation in the mammary gland.Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 107, 2989–2994 (2010). doi:10.1073/pnas.0915148107 Medline

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