《Molecular Psychiatry》：Microglia respond to and induce anxiety and grooming in mice using calcium signaling
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本研究聚焦于小鼠Hoxb8缺陷导致慢性焦虑和病理修饰行为的机制，通过光遗传学激活特定脑区Hoxb8小胶质细胞，揭示了钙离子是诱导和响应焦虑/修饰行为的关键分子信号。研究不仅发现野生型小鼠在行为诱导时小胶质细胞产生钙瞬变，而且首次阐明Hoxb8突变小鼠因内质网钙存储缺陷导致胞内持续高钙水平，从而驱动慢性行为异常，为理解小胶质细胞调控情绪与强迫行为提供了新的信号通路见解，对相关精神疾病治疗靶点开发具有重要意义。
你是否想过，大脑中除了神经元，那些常被称作“大脑免疫卫士”的小胶质细胞，竟然也可能是焦虑和强迫行为的幕后推手？科学家们早就发现，敲除小鼠的Hoxb8基因会导致它们陷入慢性焦虑和无法自控的过度修饰（类似人类的拔毛癖），而这一切的根源竟指向一群特殊的Hoxb8小胶质细胞。更令人惊奇的是，用光遗传学技术精准激活大脑特定区域的这群细胞，能直接诱发焦虑或修饰行为。这引出了一个核心谜题：小胶质细胞究竟通过何种分子信号来“操纵”这些行为？它们又是如何感知行为状态并作出响应的？为了回答这些问题，研究人员在《Molecular Psychiatry》上发表了一项开创性研究，深入解析了钙离子信号在其中扮演的双向信使角色。
研究人员综合利用了在体微内窥镜钙成像、光遗传学、脑片光解笼锁化合物、特定细胞谱系示踪与钙报告小鼠模型、以及行为学分析等关键技术方法。在体钙成像通过植入梯度折射率（GRIN）镜头，在自由活动的小鼠脑内对Hoxb8或全部小胶质细胞进行长期钙信号监测。光遗传学则利用ChR2（允许钙离子内流）和ChRmine（排除钙离子）两种不同的视紫红质通道，在Hoxb8小胶质细胞中进行特异性激活。研究使用了多种基因工程小鼠，包括Hoxb8IRES-Cre、Cx3cr1IRES-Cre、GCaMP5G、GCaMP6f等，以实现在特定细胞群中标记和操纵钙信号。
研究结果
1. 钙瞬变由体外脑片神经元活动激活诱导，在Hoxb8小胶质细胞中产生
在急性脑片制备中，通过单光子解笼锁技术释放谷氨酸（模拟神经元兴奋性活动）或代谢型谷氨酸受体5（mGluR5）激动剂DHPG，均能在Hoxb8小胶质细胞中诱发出钙瞬变信号。相反，解笼锁释放GABA（抑制性神经递质）则不能有效诱导钙瞬变。这表明，兴奋性神经元活动，特别是涉及强迫症样行为的mGluR5通路，能够触发Hoxb8小胶质细胞的钙信号响应。
2. 在体诱导修饰行为在DMS和mPFC的Hoxb8小胶质细胞中引发同步钙瞬变
在自由活动的小鼠中，通过微量喷水（弱刺激）或滴油（强刺激）诱导修饰行为。当修饰行为被诱发时，位于背内侧纹状体（Dorsomedial Striatum， DMS）和内侧前额叶皮层（Medial Prefrontal Cortex， mPFC）的Hoxb8小胶质细胞会同步产生强烈的钙瞬变。钙信号的活动强度、持续时间与修饰行为的强度和时长密切相关。在行为发生前或结束后，则没有此类钙瞬变。利用Cx3cr1Cre标记所有小胶质细胞进行成像，也观察到了类似响应，提示Hoxb8和非Hoxb8小胶质细胞对行为诱导的钙信号响应模式相似。
3. 诱导焦虑在vCA1的Hoxb8小胶质细胞中产生钙瞬变
在腹侧海马CA1区（vCA1）植入镜头，通过 looming视觉刺激（一种诱发小鼠焦虑/冻结反应的范式）诱导焦虑行为。结果发现，焦虑行为的诱导同样触发了该脑区Hoxb8小胶质细胞的钙瞬变，且钙信号活动与冻结行为的时间进程相关联。
4. Hoxb8突变小鼠的小胶质细胞对诱导修饰行为无钙瞬变响应
在Hoxb8突变小鼠中重复上述实验。出乎意料的是，尽管突变小鼠本身表现出病理性的过度修饰，但通过外部刺激诱导修饰行为时，其DMS和mPFC脑区的Hoxb8突变小胶质细胞却未能产生相应的钙瞬变。进一步研究发现，Hoxb8突变小胶质细胞的胞质内存在持续高水平的游离钙离子，这可能是因为基因破坏导致其内质网（Endoplasmic Reticulum， ER）存储/隔离钙离子的能力存在缺陷。
5. 钙离子是光遗传学诱导行为所必需的信号
之前的研宄表明，用通道视紫红质2（Channelrhodopsin-2， ChR2， 一种允许钙离子内流的非选择性阳离子通道）光遗传学激活WT小鼠特定脑区的Hoxb8小胶质细胞，可以诱导焦虑或修饰行为。本研究中，研究人员使用了一种经过改造的、几乎不通透钙离子的通道视紫红质ChRmine来重复实验。结果发现，用ChRmine激活Hoxb8小胶质细胞无法诱导出焦虑或修饰行为。这直接证明，光遗传学激活诱导行为的关键信号是进入小胶质细胞的钙离子本身，而非细胞膜去极化等其他效应。
研究结论与意义
本项研究系统地阐明了钙离子信号在小胶质细胞调控小鼠焦虑和修饰行为中的核心作用。研究人员证实：（1）钙离子是光遗传学激活Hoxb8小胶质细胞从而诱导行为的必要信号分子；（2）在野生型小鼠中，小胶质细胞能通过产生钙瞬变来响应自然诱导的焦虑和修饰行为；（3）在Hoxb8突变小鼠中，小胶质细胞因基因缺陷导致内质网钙存储功能异常，胞内持续高钙水平构成了驱动慢性焦虑和病理修饰行为的长期信号。
这项研究具有多重重要意义。首先，它首次在自由活动的动物中，实时捕捉到小胶质细胞在特定行为发生时的动态钙信号活动，将细胞活动与复杂行为直接、瞬时地联系起来。其次，研究不仅发现了小胶质细胞对行为的“响应”机制（产生钙瞬变），更重要的是揭示了其“驱动”行为的机制（钙离子内流），并确定了钙离子是这一双向通讯的关键信使。第三，研究为Hoxb8突变小鼠的表型提供了确切的细胞和分子机制解释：突变小胶质细胞的钙稳态失调是行为异常的根源。这为理解小胶质细胞功能异常如何导致精神疾病（如焦虑症、强迫症及相关谱系障碍）提供了全新的视角。最后，研究支持了之前提出的“加速器/刹车”模型，即Hoxb8小胶质细胞（刹车）和经典非Hoxb8小胶质细胞（加速器）通过相互拮抗精细调控行为水平，而钙信号可能是这一二元系统运作的共同货币。该发现不仅深化了对大脑小胶质细胞异质性和功能的理解，也为未来针对钙信号通路开发干预情绪与强迫行为的精神疾病治疗策略指明了潜在的新靶点。
