Science | 不止免疫，小胶质细胞也是生殖调控核心|下丘脑|小胶质细胞|性腺|生殖调控|神经元|表型

撰文丨亦

生殖系统的调控由下丘脑-垂体-性腺（hypothalamic-pituitary-gonadal，HPG）轴主导，其中GnRH（gonadotropin-releasing hormone）神经元在大脑中扮演核心发令者的角色【1，2】。在外周，该指令最终作用于骨骼和乳腺等靶器官，而RANK（receptor activator of nuclear factor-kappa B）信号通路则是这些外周器官响应生殖激素（如雌激素）的关键介质，参与破骨细胞分化及乳腺上皮增殖等过程【3，4】。然而，在大脑内部，除了神经元之外，数量庞大的胶质细胞（尤其是小胶质细胞）是否也参与了对 HPG 轴的调控，目前尚不清楚。这引出了一个关键问题：作为外周生殖激素作用节点的RANK信号通路，是否也在中枢神经系统中表达并发挥作用，从而在更上游的层面参与调控生殖功能？

近日，西班牙国家癌症研究中心Eva Gonzalez-Suarez和Alejandro Collado-Sole合作，共同在 Science 上发表了题为Microglia Rank signaling regulates GnRH neuronal function and the hypothalamic-pituitary-gonadal axis的文章。研究通过多种小鼠模型、人类遗传学数据和单细胞转录组学分析，揭示了小胶质细胞中的RANK信号通路通过调控GnRH神经元的功能，进而控制HPG轴的激活、性成熟和生育能力。

为探究Rank信号在青春期性成熟中的作用，研究者分析了两种全身性Rank敲除小鼠模型。结果发现，Rank缺失导致雌性小鼠雌激素降低、无黄体、排卵缺陷；雄性小鼠睾酮降低、睾丸变小、精子发生受损；同时LH、FSH降低，Gnrh1 mRNA下调，表明低促性腺激素性性腺功能减退（HH）。还发现RANK metagene与GnRH metagene在人类下丘脑中高度相关，提示RANK信号可能调控GnRH表达。由于Rank缺陷小鼠的表型与先天性低促性腺激素性性腺功能减退（congenital hypogonadotropic hypogonadism，CHH）患者相似，且约50% CHH病例遗传原因未明，研究者对564例CHH先证者进行全外显子测序，筛查RANK基因及RANK metagene中的罕见变异。结果在6个无关先证者中发现6个罕见的RANK杂合变异（占1%），其中两个（p.K240E, p.E382G）预测为致病性。还在73个先证者（13.1%）中发现RANK metagene基因的76个罕见有害变异。这些发现提示RANK信号通路参与人类HPG轴的调控。

鉴于部分携带RANK突变的CHH患者嗅觉正常，提示可能不涉及胚胎期GnRH神经元迁移缺陷，而更可能与出生后功能异常有关。为此，研究者利用他莫昔芬诱导的全身性Rank敲除小鼠，在青春期起始或成年期诱导敲除，并重点分析雄性小鼠。结果显示，青春期诱导敲除导致雄性小鼠不育或生育力低下，睾丸重量减轻，睾酮和LH降低，垂体促性腺激素mRNA减少，下丘脑Gnrh1和Rank mRNA降低。成年期诱导也导致类似表型。这些结果证实Rank不仅在胚胎期，而且在青春期和成年期都持续调控HPG轴。由于在GnRH神经元中特异性敲除Rank并未引起生殖表型，提示其他细胞类型可能参与调控。通过分析小鼠和人类下丘脑单细胞RNA测序数据，发现Rank/RANK基因及其metagene几乎 exclusively 表达于小胶质细胞。为验证小胶质细胞的作用，研究者使用CSF1R抑制剂PLX3397在青春期消耗小胶质细胞。结果显示，小胶质细胞消耗导致雄性小鼠睾丸重量减轻、生精小管面积减小，雌性小鼠卵巢黄体数量减少，证实小胶质细胞确实调控HPG轴。

为直接验证小胶质细胞中Rank信号的作用，研究者构建了两个胚胎期髓系Rank敲除模型以及两个他莫昔芬诱导的小胶质细胞特异性敲除模型。结果发现，小胶质细胞Rank缺失导致雌性小鼠无黄体、子宫轻、乳腺发育不良、发情周期紊乱、不育或生育力低下，LH降低；雄性小鼠睾酮降低、睾丸重量减轻、青春期延迟、LH降低、下丘脑Gnrh1减少。诱导敲除也导致类似表型。为排除外周影响，研究者构建了LysM-Cre介导的Rank敲除模型，该模型在外周髓系细胞中高效敲除但下丘脑Rank表达保留。结果显示，处理后的小鼠没有生殖表型，体重、骨、生育力、性器官发育、激素水平均正常，下丘脑Gnrh1和LH正常。这证实外周髓系细胞中的Rank缺失不参与生殖调控，从而将作用定位于中枢小胶质细胞。

为揭示Rank缺失对小胶质细胞的分子影响，研究者对青春期Rank敲除小鼠的下丘脑进行单细胞转录组测序，并富集小胶质细胞。聚类分析鉴定出三个主要小胶质细胞亚群：cluster 1（活性亚群）高表达稳态基因和吞噬相关基因；cluster 2（非活性亚群）低表达多种通路；cluster 3代谢活跃。Rank缺失导致小胶质细胞中差异表达基因最多，主要影响小胶质细胞亚群分布：活性亚群（cluster1）减少，非活性亚群（cluster2）增加。下调基因涉及吞噬、补体、翻译、线粒体呼吸等通路。RANKL刺激原代小胶质细胞上调这些基因，提示Rank维持小胶质细胞活化状态。接下来，作者进一步观察了不同脑区小胶质细胞的形态。在视前区（PoA）未见明显变化，但在正中隆起（ME）区域，Rank缺失导致小胶质细胞数量增加，但细胞总面积减小、胞体增大、突起减少，呈现阿米巴样形态。尽管这种形态通常与活化相关，但转录组却显示低活性，提示形态与功能解偶联。此外，整合公共数据集发现ME区小胶质细胞RANK metagene富集，表明该区域对Rank信号更敏感。为验证局部作用，向成年小鼠ME区注射4-羟基他莫昔芬以诱导小胶质细胞Rank缺失，结果导致血清LH降低，证实ME局部Rank信号对HPG轴至关重要。

为明确小胶质细胞Rank缺失对GnRH神经元的影响，研究者首先确认了GnRH神经元数量无变化，且嗅觉功能正常，排除了迁移缺陷。随后发现，在ME区，Rank缺失小鼠的小胶质细胞与GnRH神经末梢的接触减少，小胶质细胞内吞的GnRH免疫反应颗粒减少，同时CD68+吞噬小体也减少，提示小胶质细胞对GnRH末梢的吞噬和重塑功能下降。功能实验显示，敲除小鼠对Kisspeptin-10刺激的LH反应减弱，但对GnRH反应正常，LH脉冲频率降低，表明GnRH神经元本身功能受损，而垂体反应正常。尽管Kiss1 mRNA表达上调（可能为代偿），但Kiss1神经元数量和GPR54表达未变。这些结果揭示小胶质细胞Rank信号通过调控与GnRH神经末梢的相互作用，影响GnRH神经元功能，最终导致HH。

综上，该研究首次揭示了下丘脑小胶质细胞通过RANK信号调控GnRH神经元功能，填补了小胶质细胞在生殖神经内分泌调控中作用机制的空白，并为理解CHH的遗传基础提供了新视角。

10.1126/science.aeb6999 (2026)

制版人：十一

参考文献

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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（*排名不分先后）