第二节　趋化因子参与神经发育过程的研究进展

目前，CC类、CXC类、CX3C类趋化因子均有报道参与神经发育过程，XC类趋化因子尚未报道与该过程有关。

一、参与神经发育过程的CC类趋化因子及其作用机制

1.MIP-1α/CCL3及其受体CCR1

巨噬细胞炎症蛋白-1α（macrophage inflammatory protein-1α，MIP-1α）及其受体CCR1表达于小脑发育阶段。在啮齿动物出生后3周，其小脑颗粒细胞、浦肯野细胞（Purkinje cell，也称“梨状细胞”）和高尔基（Golgi）神经元、星形胶质细胞、贝格曼（Bergmann）胶质细胞和小胶质细胞等细胞上均有CCR1的短暂表达，但它们表达CCR1的时期略有不同。不过，有趣的是在CCR1受体表达的高峰期，每种细胞都与浦肯野细胞密切作用，而且浦肯野细胞能够自身合成趋化因子MIP-1α。浦肯野细胞是小脑皮质的核心细胞，它接收所有传入小脑的信息，其轴突穿过颗粒层进入髓质，构成皮质唯一的传出纤维。因此，推测MIP-1α/ CCR1信号通路可能在小脑发育的关键时期发挥重要作用，参与轴突的成熟和突触的形成［4］。

有研究发现，CCL3在离体和活体研究中都会损害基础突触传递［5］。虽然已经发现其他炎症介质如IL-6通过增强AMPA和NMDA介导的突触反应调节突触传递，研究数据发现CCL3突触传递的影响主要归因于AMPA活性的变化，因为研究表明CCL3无法改变在AMPA受体拮抗剂NBQX存在下记录的低Mg2+条件下的NMDA浓度。在竞争性γ-氨基丁酸A受体（GABA A受体）拮抗剂荷包牡丹碱存在下，CCL3对基础突触传递的影响仍然存在，并且发现其作用更显著，该结果支持除CCL3作用于基础AMPA依赖性传递外，还可降低GABA能传递。先前已经描述了趋化因子家族的另一成员CXCL14的这种作用，其显示抑制GABA介导的突触后电流和GABA能神经电流。然而，关于CCL3对GABA能中间神经元的作用，需要进行特定研究，以突出CCL3可能对GABA能神经元具有抑制作用。某些趋化因子，如CXCL8、SDF-1/CXCL12或CCL2，也被发现能控制神经递质的释放。然而，实验数据表明CCL3诱导的基底突触传递的减少发生在突触后。

研究数据表明CCL3显著损害了LTP，同时保留了LTD。此外，由于CCL3不改变NMDA场电位，推测CCL3诱导的LTP损伤是不依赖于NMDA的。重要的是，CCL3对突触传递和可塑性的不利影响也从缓慢注射CCL3的动物心室的海马切片中观察到。CCL3对LTP的损害可能由CCR5受体介导，因为这一过程可被CCR5特异性拮抗剂马拉韦罗（maraviroc）逆转，CCR5拮抗剂并未影响LTP本身。先前报道CCR5是由星形胶质细胞、小胶质细胞和神经元表达的同源CCL3受体之一。事实上，已经发现CCR5能增强炎症部位的疼痛感觉，调节人大脑皮质谷氨酸释放。在海马中，已发现能激活CCR5受体的两种趋化因子：CCL3和CCL5，可调节钙信号转导并抑制自发性谷氨酸能兴奋性突触后电流的频率。

2.RANTES/CCL5及其受体CCR1和CCR3

T细胞激活性低分泌因子（reduced upon activation，normal T cell expressed and secreted factor，RANTES/CCL5），是CC类趋化因子亚家族成员之一，对单核细胞、记忆T 细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞具有趋化性，能介导白细胞的迁移，促使白细胞黏附至内皮细胞，激活和诱导T细胞的增殖，促使嗜碱性粒细胞释放组胺。它除具有中枢神经系统的趋化活性外，还能促进人前脑星形胶质细胞和少突胶质细胞的增殖，控制胚胎发育期和出生后的神经可塑性。在体外条件下，RANTES还可引起小鼠胚胎背根神经节（dorsal root ganglia，DRG）细胞的分化和移动。

3.MCP-1/CCL-2及其受体CCR2

CCL2也称为单核细胞趋化蛋白（MCP-1），是CC类趋化因子的一个成员，它的受体CCR2在分化的A1细胞中也被上调。特定趋化因子的表达并不总是与其在SVZ和海马中的受体表达相关，推测这些趋化因子的分泌可能对周围组织具有旁分泌作用。虽然趋化因子受体在促进神经细胞分化的相关性还没有得到证实，但它们广泛表达于胚胎和成年神经祖细胞，在正常中枢神经系统发育和细胞间通信中发挥相应的作用。研究发现，趋化因子MCP-1/CCL2能够影响A1神经元分化：增殖的A1细胞与重组小鼠CCL2共孵育会导致A1细胞的形态学分化（即延长和/或形成神经元过程），与未处理的细胞相比，CCL2剂量依赖性地增加了βⅢ-微管蛋白/ Tuj1阳性细胞的数量，提示CCL2影响神经元分化。因此推测，在神经分化过程中，A1细胞表达并分泌CCL2，CCL2可能反过来在分化过程中发挥重要作用。

研究发现，胚胎第11天从小鼠腹侧中脑获得的中脑成神经细胞，在其原代培养物中加入rCCL2能够影响干细胞和分化标志物的表达。在该实验模型中，给予外源性rCCL2可导致βⅢ的上调［6］。不同的是，SOX2基因表达在rCCL2刺激后没有变化。SOX2是一种转录因子，在中枢神经系统（central nervous system，CNS）祖细胞和神经干细胞中广泛表达，被认为是保持神经祖细胞（neural progenitor cell，NPC）的泛神经属性的必要成分。研究发现rCCL2刺激引起不同细胞谱系的标志物的增加可能依赖SOX2的存在。然而实验表明，在原代培养物中，CCL2也能够影响神经分化。因此CCL2对分化的影响在不同细胞类型和/或模型系统（例如原代培养物、细胞系）中并不完全重叠也就不足为奇了。实际上，在分化过程中分子之间产生错综复杂的相互作用，这些分子的相互作用在上述实验环境中可能存在部分差异。

其他研究主要集中于揭示MCP-1/CCL2在缺血性脑卒中后成年小鼠中诱导SVZ NPC迁移和分化中的作用。已证明CCL2促进成人NPC运动并增强NPC向神经元的分化。总之，多数研究支持这样的观点，即MCP-1/CCL2和一般的分泌细胞因子/趋化因子及其受体网络是关键的自分泌或旁分泌信号分子，参与神经祖细胞和干细胞分化的协同机制。

二、参与神经发育过程的CXC类趋化因子及其作用机制

1.SDF-1/CXCL12及其受体CXCR4

由于基质细胞衍生因子-1（SDF-1）与CXCR4受体均在胚胎神经系统发育的早期阶段广泛表达，并呈动态互补性，因此推测CXCR4受体可能在神经系统发育中发挥重要作用。Zou等和Ma等尝试证实了这种推测，两个课题组都发现，CXCR4受体或SDF-1基因敲除的小鼠出生后表现出器官发育上的缺陷，包括神经系统发育障碍，并于出生前后死亡。此后的一系列研究表明，SDF-1及其受体CXCR4在小脑、海马和大脑新皮质的发育中发挥重要的作用。

实验表明SDF-1及其受体CXCR4在整个发育过程和成人神经系统中广泛表达［7］，而且CXCR4信号转导在神经系统发育过程中发挥了重要作用。已显示CXCR4信号转导在神经元发育过程中起两个主要作用，第一个是作为神经干/祖细胞迁移的趋化线索；第二个作用是调节轴突寻路。然而，人们对SDF-1/CXCR4在成人神经系统中的作用知之甚少。研究观察到SDF-1是成熟大脑中神经元的组成型表达，已有研究显示，它对神经元兴奋性和爆发性释放产生影响。这些观察结果表明SDF-1可能在突触通信的调节中起作用，尽管尚未证实SDF-1是否在神经元中存储并从神经元释放，但SDF-1和其他趋化因子可能作为神经递质的观点得到一些文献的支持。基于检测到其在细胞和亚细胞定位以及电生理学效应的实验结果，SDF-1可能作为神经递质，与来自抑制性中间神经元的GABA一起释放，与GABA协同参与神经祖细胞通信。目前尚不清楚SDF-1如何增强GABA能传递，有实验观察到这个相互作用发生在突触后。在河鲀毒素的存在下，可以观察到SDF-1的作用。在表达EGFP的2型祖细胞的电压钳研究中观察到SDF-1和GABA之间的协同效应。此外，CXCR4不是由篮细胞表达的，可能是来源于释放SDF-1和GABA的突触前膜。因此，神经祖细胞表达的CXCR4受体的激活能够同时激活由相同细胞表达的GABA A受体。从中看出，SDF-1对GABA的作用具有重要影响，因为CXCR4受体的抑制能完全阻断荷包牡丹碱的任何后续作用。SDF-1的影响很可能不是恒定的，并且SDF-1或CXCR4受体的水平本身可能受到调节，导致对GABA能传递的环境依赖性影响。

已发现在SVZ中，CXCR4主要以磷酸化或非磷酸化形式存在于质膜上。另外，具有CXCR4+细胞内斑点的细胞数量低。研究表明，CXCL12与CXCR4的结合激活了两个过程：一个是通过异源三聚体G蛋白介导的许多信号级联导致增殖和迁移，另一个是CXCL12/CXCR4复合物的磷酸化依赖性内吞作用，发生溶酶体降解和受体信号的脱敏。目前的研究中，在质膜上存在的非磷酸化的CXCR4和少量的CXCR4+细胞内斑点，意味着质膜上的CXCR4在很大程度上可用，并且没有显著下调。此外，CXCR4拮抗剂AMD3100对CXCL12/CXCR4信号转导的抑制，导致增殖祖细胞数量减少和分化的神经元前体数量增加，表明SVZ中CXCR4介导的信号转导与抑制粒细胞趋化肽（granulocyte chemotactic peptide，GCP，又称白介素-8）的早熟分化有关。已经报道了在发育中的小脑中有类似类型祖细胞的早熟分化的现象。使用CXCR4-null小鼠的分析显示，CXCL12/CXCR4信号转导是将祖细胞锚定到外部颗粒层（external granular layer，EGL）内的颗粒细胞所必需的，它能维持祖细胞增殖的环境，CXCR4的丢失将导致祖细胞过早迁移远离EGL。总之，CXCR4介导的信号转导最有可能在SVZ中维持GCP的干细胞样特征并阻止它们的早熟分化。

在背内侧纹状体（dorsomedial striatum，DMS）中，在质膜和细胞内斑点中都发现了CXCR4，在细胞内的位置主要靠近中心体、高尔基体和溶酶体。在质膜中的CXCR4分子主要被磷酸化。当CXCL12/CXCR4信号被抑制时，大多数CXCR4分子被限制在质膜上并被去磷酸化。这些结果表明CXCL12/CXCR4信号调节CXCR4+细胞内斑点的形成和CXCR4的磷酸化。在免疫系统中，CXCR4的磷酸化依赖性的内化已被证实：暴露于CXCL12后，T细胞质膜上的CXCR4迅速内化，然后被转运至高尔基体以调节T细胞迁移，或被分选至溶酶体待降解或回收。已经发现，来自细胞表面的CXCR4受体的内化及其被溶酶体降解导致细胞表面CXCR4数量的减少，可调节CXCR4受体的可用性，以及信号转导的大小和持续时间。造血干细胞的研究表明，高水平CXCL12能诱导受体脱敏和内化，而低水平的CXCL12能促进细胞运动、增殖和迁移。据报道，在成年海马和原代胚胎海马培养中，CXCL12刺激的神经元中CXCR4的水平受到内化的CXCR4的再循环和降解的双重控制。总之，CXCP12与GCP质膜上的CXCR4结合可能诱导CXCR4的磷酸化和内化，内化的CXCR4面临被分选至中心体、高尔基体和溶酶体。

一些研究报道了CXCR4在发育中的神经系统细胞内点状表达，但这些CXCR4+点状结构的功能仍不清楚。在来自E15大鼠脑的神经元祖细胞中，CXCR4在核周区域被发现为点状聚集体。在开发CXCL12表达水平增加的CXCR7基因缺失小鼠中，在迁移的促性腺激素释放激素（gonadotropin-releasing hormone，GnRH）阳性神经元中检测到CXCR4的细胞内聚集，但在野生型小鼠中未发现类似的聚集。这意味着过量的CXCL12/CXCR4信号转导导致CXCR4在细胞内聚集。在成人海马中，CXCR4表达位于颗粒区的神经祖细胞/前体的质膜和细胞内斑点，并且CXCL12/CXCR4信号转导的抑制导致CXCR4+膜细胞数量增加。除了CXCR4的细胞内点状表达外，研究还发现CXCR4+细胞内斑点与中心体、高尔基体和溶酶体的关联。如前所述，分选至溶酶体的CXCR4可以降解或再循环。然而，被转运至中心体和高尔基体的CXCR4的作用仍不清楚。已经报道中心体和高尔基体与细胞迁移相关。因此，与中心体和高尔基体相关的CXCR4可能在GCP的迁移中起作用。

已发现CXCL12/CXCR4信号转导的抑制导致DG中Prox1+细胞数量的减少，这表明GCP的延迟迁移。使用CXCR4缺陷型和CXCL12缺陷型小鼠的研究证明了类似的延迟迁移现象。这些研究表明，CXCL12/CXCR4信号转导调节卡哈尔-雷丘斯（Cajal-Retzius，CR）细胞的迁移。已有报道，前脑的GnRH神经元和中脑的多巴胺神经元，在CXCR4缺陷小鼠的海马的延迟迁移和过早分化。综上，这些研究表明在DMS中，CXCR4参与GCP的迁移和分化。

通常，GCP在DG中迁移并沉降，分化成颗粒细胞或继续增殖以产生颗粒细胞。然而，在AMD3100（CXCR4拮抗剂）处理的小鼠中，许多GCP 在HFSR中异位检测，表明抑制CXCL12/CXCR4信号转导会破坏GCP的最终定位。目前尚不清楚GCP如何在DG中正常停止和稳定，以及抑制剂如何干扰定位。据报道，在斑马鱼中，CXCR4的内化对于CXCL12引导的细胞迁移，保证原始生殖细胞在靶标上的精确到达至关重要。也有研究发现，在DG中CXCR4主要存在于细胞内斑点结构中。因此，可能是GCP中CXCR4的内化指导它们在DG内的精确定位，并且内化过程的抑制将破坏这种精准定位。在免疫系统中，免疫细胞可被低浓度的CXCL12吸引，但被高浓度的CXCL12排斥。在发育中的海马体，HCLR中可能具有较高浓度的CXCL12，因为HFSR含有许多分泌CXCL12的CR细胞。这种较高浓度的CXCL12可以趋避GCP，防止GCP侵入HFSR。

CXCR4的细胞内分布模式和AMD3100诱导的GCP定位改变取决于海马区（例如SVZ、DMS和DG）中CXCL12的浓度水平。在海马体中，位于HFSR中的CR细胞分泌CXCL12。推测CXCL12浓度（信号强度），从DG到SVZ可能存在依次降低的趋势。因为CXCL12刺激引起CXCR4的磷酸化和随后的内化，因而CXCL12的浓度就可以决定CXCR4的磷酸化和内化程度。在GCP通过DMS从SVZ迁移到DG期间，CXCR4可以响应CXCL12浓度逐渐升高并随之磷酸化逐渐增强，随着GCP接近DG，CXCR4逐渐内化和累积，准确指导GCP的定位。

在上述研究的基础上，有学者提出一个假设模型，用于描述CXCR4在海马发育过程中形成GCL的动力学和功能。在远离HFSR的SVZ中，CXCL12水平非常低，仅仅诱导CXCR4的部分磷酸化。这种情况下内化的CXCR4量非常低。因此，CXCR4主要以磷酸化或非磷酸化形式存在于质膜上。位于SVZ细胞质膜上的CXCR4可能参与维持SVZ中GCP的干细胞样特征，调节神经分化和预防早熟。在DMS中（即SVZ和DG之间的中点）CXCL12水平适中。此时，CXCL12/CXCR4信号转导可以维持CXCR4的完全磷酸化和CXCR4的部分内化。其中内化的CXCR4作为点状聚集体锚靠在中心体、高尔基体和溶酶体附近。这些内化的CXCR4在分选到溶酶体时可以被降解或再循环，当它们被运输到中心体和高尔基体时，可能在微管的细胞迁移中起作用。在HFSR附近的DG中，CXCL12水平（浓度）高，促使CXCR4大部分内化，靠近中心体、高尔基体和溶酶体的细胞内斑点结构累积，可能发挥调节GCP最终定位的作用。

Tham等［8］通过原位杂交分析，在胚胎期第15天，胚胎的室周区和形成的大脑皮质深层存在SDF-1转录。在出生时可观察到小脑的颗粒细胞、嗅球延髓外层的胶质细胞显示SDF-1信号。在出生后的2 周内，SDF-1信号呈进行性地减少。而在其他部位如皮质、丘脑和海马，SDF-1的转录在出生时进行性地增加，在出生后期更丰富。用免疫印迹鉴定和/或丘脑核和皮质层的第5神经元，以及脑桥和脑干，它传递伤害性的反应。SDF-1 在小脑颗粒细胞的转录与其颗粒层从外到内的迁移相关，当迁移完成后SDF-1转录信号亦消失。相反，在海马齿状回形成时SDF-1 mRNA 信号增加，并且整个生命过程中在这个部位都维持较高水平。在这些部位，SDF-1选择性和调节性地表达，提示了SDF-1 mRNA在前体细胞迁移、神经发生及突轴小体中的作用。McGrath［9］ 等研究证实小鼠胚胎期第8.5～9.5天，在神经上皮以从前到后的顺序开始出现CXCR4 的转录。然后CXCR4主要在神经组织中表达。这种表达分成两种类型：第一种是在脊髓及后脑表达，CXCR4 在此处的表达最强烈，并与刺激肌肉及肠的神经细胞有关。第二种是在中脑和前脑的表达，与扩展的神经结构亚群相关。

当小鼠小脑CXCR4受体或SDF-1基因被敲除后，这一有序过程被扰乱，使得颗粒细胞和/或它们的前体细胞在早期就异常迁出外颗粒层，过早地（胚胎期E17，即受孕第17天）进入到内颗粒层（而正常情况下这种迁移在出生后才发生），以致正常的发育顺序遭到严重的破坏。另外，上述基因敲除小鼠从胚胎期E13～E14开始，出现B细胞生成缺陷，造血干细胞从胚肝向骨髓迁移缺陷，同时伴有胃肠道无毛细血管生成，心室间隔缺损和神经元的异常聚合。Klein等［7］发现，SDF-1不仅与颗粒前体细胞在外颗粒层的定位有关，而且可以上调外颗粒层中颗粒前体细胞丝裂原Shh（Sonic hedgehog）的活性，进而增强小脑颗粒细胞的增殖效应。然后在某个时间点，颗粒前体细胞下调 CXCR4 受体的表达，终止细胞分裂，移动到外颗粒层的内侧，最后进入内颗粒层，与脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）等其他因子相互作用，最终调节颗粒前体细胞由外颗粒层到内颗粒层的迁移。CXCR4和SDF-1 基因敲除小鼠的初始表征显示，除了造血系统缺陷和心脏缺陷之外，这两条通路在小脑发育中表现出很大程度上重叠的缺陷（Ma等，1998；Zou等，1998）。通常，菱形唇衍生的增殖颗粒细胞沿着小脑表面切向地迁移并形成外部颗粒细胞层（EGL）。分割小脑颗粒细胞表达CXCR4，并假设脑膜细胞分泌SDF-1作为化学引诱物，维持EGL中的颗粒细胞，并通过将它们暴露于Shh促进它们的增殖。Shh是未成熟颗粒细胞的有丝分裂原。颗粒细胞最终失去对SDF-1的反应性，通过下调CXCR4，并迁移到内部颗粒细胞层（internal granular layer，IGL）。这是由其他化学引诱物和驱虫剂控制的过程。在缺乏CXCR4或SDF-1的小鼠中，EGL和IGL的时空形成被破坏，在IGL和浦肯野细胞中发现，颗粒细胞群在胚胎发生过程中异位到其他层，表明SDF-1和CXCR4是防止颗粒细胞早期迁移到IGL所必需的。或者SDF-1引导颗粒细胞从菱形唇的生发区开始沿着小脑表面的切线迁移，与此同时CXCR4高度表达。这种早期破坏的颗粒细胞的切向迁移也可能有助于在SDF-1和CXCR4 基因敲除小鼠中观察到改变的形成［10］。

SDF-1/CXCR4 除了在小脑中高表达，在出生前的脑脊膜和出生后早期的海马齿状回也有高表达。与小脑的发育相似，SDF-1与齿状回颗粒前体细胞的增殖和迁移有关。在CXCR4基因敲除的小鼠齿状回中，颗粒前体细胞数量减少而发育仍然正常，但不能迁移到正确的部位而发生异常易位。CXCR4/SDF-1也通过类似机制调节其他几个脑区颗粒细胞的增殖和/或迁移。例如，CXCR4在沿着海马腹侧表面形成的增殖细胞迁移流中高度表达，并有助于产生齿状回。与小脑一样，这种祖细胞流与分泌SDF-1的脑膜相邻。缺乏CXCR4的小鼠，齿状颗粒细胞及其前体的迁移和增殖缺陷而导致齿状回形成异常。同样，由皮质表面上的脑膜和皮质SVZ和中间区域中的细胞表达的SDF-1充当了GABA能中间神经元的化学引诱物，助其从切向上迁移到皮质中。皮质脑膜产生的SDF-1也影响CR细胞的边缘区细胞的瞬时分布，这对于哺乳动物皮质的内向外层流发育是至关重要的。甲基唑氧甲醇（MAM）是用来制作精神分裂症有关的发育破坏模型的DNA烷化剂，用MAM处理E15小鼠后，导致CR细胞重新分布到更深的皮质，这类似于CXCR4和SDF-1 基因敲除小鼠的胚胎中看到的缺陷。考虑到CXCR4正常表达，而且CR细胞在MAM处理之前正常分布在边缘区域，推测MAM处理后诱导脑膜损伤并严重降低SDF-1的表达，最终导致CR细胞重新分布到远离边缘区。而通过添加外源性SDF-1在MAM处理的胚胎切片培养物中能够使CR细胞分布正常化，也支持了上述假设。

显然，成人中DG神经发生受许多因素的影响。推测存在这样的机制：颗粒细胞层的活性应与发育中的神经祖细胞库连通，从而根据DG的精确要求调节神经发生。究竟如何实现这种反馈机制还没有完全理清。研究发现，GABA能传递和GABA能输入对DG神经祖细胞具有确定的作用［11］。一种可能是在其发育过程中通过GABA能阶段的未成熟颗粒细胞。另一种可能性是GABA来源于一种DG中间神经元。更多研究支持DG中间神经元这种可能性，因为试验中观察到表达小清蛋白的GABA能中间神经元的末端与分裂的神经祖细胞非常接近。推测颗粒细胞层中的神经元活动可能通过与篮细胞的突触（释放GABA和SDF-1）连接，调节DG神经祖细胞的增殖和分化。此前已经证实，GABA能神经2型细胞的传递可以通过SDF-1调节。SDF-1对巢蛋白-EGFP和DCX-EGFP细胞产生类似的作用。尽管这种细胞群确实是异质的，但它确实含有“瞬时扩增的群体”，其增殖可能易受外部影响。CXCR4来自发育最早阶段的海马齿状回颗粒下层神经祖细胞。因此，CXCR4也在表达GFAP和巢蛋白的1型细胞中表达。CXCR4也由表达钙视网膜蛋白的未成熟颗粒细胞表达，因此，CXCR4也可能调节颗粒细胞发育中的其他步骤。

SDF-1 是由脑脊膜细胞分泌的，而脑脊膜覆盖了整个大脑皮质，因此推测SDF-1 可能在大脑皮质的发育中也发挥一定的作用。后续的研究表明，在大脑皮质区，SDF-1调节星形胶质细胞和神经元前体细胞的生长。SDF-1促进大鼠大脑皮质分离得到的神经元前体细胞增殖，主要与细胞外信号调控的激酶1/2（extra-cellular regulated kinase 1/2，ERK1/2）和磷脂酰肌醇3激酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）信号途径有关。SDF-1和CXCR4对于促性腺激素释放激素（GnRH）+神经元的胚胎迁移和一些鞘膜胶质前体从犁鼻器的感觉上皮细胞进入基底前脑也是至关重要的。这些神经元和神经胶质细胞表达CXCR4并通过鼻间充质进行迁移，鼻间充质分泌SDF-1，形成尾端至尾部的浓度梯度，在前脑的边界处浓度最高。CXCR4 基因敲除小鼠（无SDF-1表达）很少有GnRH神经元到达其在下丘脑中的最终目的地，表明SDF-1是这些神经元的化学引诱物。GnRH神经元无法到达卡尔曼综合征的下丘脑，导致部分或完全丧失嗅觉，提示SDF-1/CXCR4在该综合征中可能具有潜在作用。此外，对CXCR4 基因敲除小鼠的分析显示，通过切向迁移的前小脑神经元，需要这种受体形成脑桥核。上述发现证明了在几个CNS区域中SDF-1/CXCR4化学引诱物信号转导的共同要求，以指导祖细胞的迁移或维持其位置。除了神经元祖细胞迁移的调节之外，神经系统的发育还取决于神经元之间复杂电路的建立，而SDF-1/CXCR4也通过调节对轴突导向线索的响应来调节轴突寻路。通过CXCR4起作用的SDF-1分别降低Slit-2、semaphorin 3A和semaphorin 3C对培养的视网膜神经节细胞轴突、背根神经节感觉轴突和交感神经轴突的驱避活性。这种机制可能是由环磷酸腺苷（cAMP）水平升高介导的：在斑马鱼中，SDF-1或CXCR4的敲减导致视网膜内的轴突途径异常。但是与小鼠一样，这一结果不是因为SDF-1介导的指导提示的丧失，而是调节对Slit-2的反应所致。具有部分功能丧失的robo（斑块受体）斑马鱼在视网膜中出现轴突寻路错误，这一过程可以通过SDF-1信号转导的减少而改变。研究还发现，通过脊髓腹角发出轴突的运动神经元在其生长锥上能瞬时表达CXCR4，将它们延伸至表达SDF-1的间充质细胞。SDF-1或CXCR4的缺失会导致轴突投射异常，一些轴突显示脊柱内轨迹与颅背运动神经元相似。

趋化因子对胶质细胞发育也很重要。例如，少突胶质前体细胞（oligodendrocyte precursor cell，OPC）表达几种功能性趋化因子受体，包括CXCR4、CXCR2和CCR3。CXCR4 基因敲除小鼠在E14脊髓中表现出血小板衍生生长因子受体α（PDGFRα）+OPC数量减少，这种减少在背部更明显。而SDF-1作为化学引诱物，在培养的新生儿OPC体外表达CXCR4，但是研究没有证明脊髓OPC在体内表达CXCR4，并且尚不清楚CXCR4基因敲除小鼠中OPC的缺陷是否源于OPC内CXCR4信号的直接丧失或其他细胞改变引起的继发效应。

基质细胞衍生因子1（SDF-1）与其受体CXCR4结合后可调节中枢神经系统2条细胞信号通路：一条是ERK通路，如SDF-1激活啮齿动物的星形胶质细胞、神经元前体细胞和皮质神经元的ERK1/2；另一条是PLCβ通路，该通路的激活能使细胞内钙离子增加，从而激活钙依赖脯氨酸激酶CPYK2。此外，SDF-1可通过aPTS通路调节SHH活性，进而增强小脑颗粒细胞的增殖效应。而与轴突导向及神经元分裂相关的蛋白如肝配蛋白（ephrins），也可调节SDF-1的这种激活作用。另外，胞质蛋白PDZ-RGS3也能通过PDZ结构域结合ephrin B，而后通过RGS结构域的GAP活化阻断G蛋白通路。

在Wnt激活的OPC中，上调最显著的因子之一是趋化因子受体CXCR4，它是其他系统中Wnt直接靶标，并且结合配体SDF1（CXCL12），其在整个OPC发育过程中由内皮表达迁移。CXCR4与OPC迁移有关，但与Wnt通路或脉管系统无关。研究检测到与Olig2-cre：Apc（fl/fl）小鼠的脑和脊髓中的血管相关的成簇Wnt激活的OPC 中CXCR4 mRNA 出现上调。此外，用CXCR4/SDF-1拮抗剂AMD3100体内处理发育年龄在出生后第3～10天（即P3和P10之间）的小鼠，会导致血管相关OPC聚集的逆转。这不是由于AMD3100对OPC分化的直接影响，证明了Wnt依赖性的CXCR4活化机制，其驱动OPC吸引血管支架。CXCR4在胚胎发育迁移期间由OPC表达，但在分化成熟的少突胶质细胞中随着Wnt途径下调而下调。此外，CXCR4功能缺失将导致OPC在CNS发育中的迁移能力降低。因此，OPC中的Wnt激活介导了它们在迁移过程中对脉管系统的吸引力，并且阻断它们的分化，将这两个事件与内皮细胞解离和随后的分化过程与Wnt下调相结合。

有研究相继发现了一些与CXCR4受体及SDF-1相似的蛋白［12］。RDC1受体是G 蛋白耦联的孤儿受体，它与CXCR4受体密切相关，可能是人淋巴细胞中 SDF-1的一个新受体。Cerdan 等发现RDC1在神经发育的早期阶段高表达，并集中表达于后脑的特定细胞群，在斑马鱼发育的早期阶段能参与神经细胞的迁移和/或运动神经元的分化。Gorba 等鉴定发现nrp基因表达的神经再生蛋白具有与SDF-1相似的作用，而且效价更高，其促进神经元存活的功能是通过 ERK1/2 和Akt激酶实现的，而神经再生蛋白诱导神经细胞迁移的作用只依赖于p44/42 MAP激酶的活性。

敲除CXCR4a会导致CNCC向异位目的地异常迁移以及CNCC在腭咽弓内完全凝结的失败。推测CNCC的异常缩合是由于CXCR4a/SDF-1b在CNCC迁移的最后步骤中起作用。SDF-1b和CXCR4a的过表达导致CNCC迁移，腭咽弓形态发生和颅面软骨元件图案化的缺陷［13］。此外，SDF-1b和CXCR4a的敲减和过表达导致迁移和颅面缺陷，表明CNCC迁移需要CXCR4a和SDF-1b信号转导的严格平衡。因此，通过CXCR4a的SDF-1b信号转导在CNCC的迁移过程中起作用。CNCC可以到达其最终目的地的事实表明CXCR4a/SDF-1b信号转导是定向迁移和凝聚所必需的，但不是整体靶向。该假设与CXCR4a/SDF-1b在指导多种细胞类型（包括小鼠DRG和生殖细胞）迁移中的保守作用一致。有趣的是，在CNCC停止迁移后，CXCR4a和SDF-1b的表达在整个颅面发育的腭咽弓中持续存在。此外，后颅神经节舌咽神经（Ⅸ）和迷走神经（Ⅹ）在CXCR4a基因突变胚胎中受到影响，表明CXCR4a在模拟颅神经节中起作用。虽然CNCC对斑马鱼颅神经节的确切贡献尚不清楚，但在鸡中，CNCC产生了舌咽神经（Ⅸ）和迷走神经（Ⅹ）颅神经节。此外，与CXCR4a过度表达相关的颅面软骨表型表明，CXCR4a信号转导除了对迁移很重要外，对颅面骨骼的图案化也很重要。虽然通过建立SDF-1b梯度已证明CXCR7在生殖细胞迁移中很重要，但是CXCR7b在CNCC迁移中并不能与SDF-1/CXCR4一起发挥作用。

SDF-1b信号从视杆迁移到表达CXCR4b的视网膜神经节细胞，并在视网膜轴突导向中起作用。在神经嵴细胞迁移到鳃弓或前部视杆区域之后，各种细胞类型和组织层之间的通信对于CNCC的正常图案化是至关重要的。有报道表明，适当形成内胚层小袋是颅面图案化的必要条件。关于外胚层在颅面发育中的作用研究揭示了，在颅面图形化过程，中外胚层和CNCC之间信号转导的重要性。对SDF-1b基因表达的分析表明，SDF-1b是从视杆和前内胚层咽囊分泌的。这一观察结果与之前的研究表明SDF-1优先结合CXCR4受体，使得SDF-1b可能从视杆和内胚层发出信号，表达Nxs的CXCR4a直接迁移，颅面图形和形态发生。这一假设得到了SDF-1b突变胚胎对CXCR4a中观察到的骨骼缺陷的表型的结果支持，进一步支持了组织之间串扰的想法，特别是在视杆中的SDF-1b和内胚层与颅面发育过程中表达CNCC的CXCR4a之间的串扰，并确定了这些组织之间通信的新参与者。另有研究表明，Fgf和RA信号转导对于在颅面发育过程中模拟内胚层很重要：RA和Fgf信号转导涉及调节内胚层囊形态发生。已发现RA信号转导对于调节腭咽弓内的SDF1b和CXCR4a表达非常重要，但在斑马鱼发育期间不在视杆内。相反，Fgf信号转导不调节SDF-1b/CXCR4a表达。对具有阿尔新蓝染色的CXCR4a/SDF-1b形态颅面表型的分析揭示了神经颅内的缺陷，包括小梁的融合和筛骨板的丧失。这些缺陷通过遗传突变体sonic和使用Hh抑制剂环巴胺的药理学处理来表达Hh信号转导的表型缺失。已显示Hh信号转导在发育期间多次起作用，最初将CNCC的浓缩引导至口道的顶部，随后模拟神经颅。然而，尚未发现在神经颅发育中Hh下游起作用的信号转导组分。研究发现，视杆内的SDF-1b表达受Hh信号调节：通过环巴胺抑制Hh信号转导将导致SDF-1b表达的丧失。总之，SDF-1b可能在前神经颅的发育中起Hh信号转导的下游作用。

研究发现，C57BL/6J新生小鼠耳蜗中CXCL12和CXCR4水平升高，表明CXCL12/CXCR4信号通路在听觉形成过程中至关重要［14］。用CXCL12处理显著增加螺旋神经节神经元存活和神经突生长。该结果与先前对解离的螺旋神经节神经元的观察一致。磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸3-激酶/ Akt信号参与介导BDNF对体外螺旋神经节神经元的影响，包括神经元存活和神经突延伸。然而，某些神经营养因子对螺旋神经节神经元发挥相反作用，并改变竞争信号的平衡以影响神经突形成。例如，通过BDNF激活Ras相关的C3肉毒杆菌毒素底物1（Rac）/细胞分裂周期42（CDC42）/ c-Jun氨基端蛋白激酶（JNK）信号转导可以减少神经突的产生。以前的研究结果表明，大鼠肉瘤病毒致癌基因同源物或丝裂原活化蛋白激酶/细胞外信号调控的激酶信号是体外螺旋神经节神经元向外生长的主要介质，其抑制作用将阻断神经营养素-3对螺旋神经节神经元的作用。此前已经证明，上述对螺旋神经节神经元的作用是由各种信号转导途径介导的，神经突数通过p38和Akt信号转导途径增加，但可被Rac/CDC42/JNK信号转导途径抑制。在目前的研究中，当CXCL12/CXCR4被激活时，神经突数量和长度的增加，表明CXCL12/CXCR4信号通路参与螺旋神经节神经元的发育。

CXCL12和CXCR4在发育和成熟的中枢神经系统中组成型表达，会刺激一系列下游信号通路。在早期发育阶段，CXCR4的表达有助于皮质神经元前体的存活和增殖。在成熟的中枢神经系统中，CXCL12和CXCR4的表达水平在分化细胞内存在宽范围的变化。在海马中，神经发生和CXCR4的表达在整个生命过程中持续存在。脑卒中后，神经元CXCR4在神经发生的区域中上调。这些结果表明CXCR4在神经元细胞中具有增殖潜力。研究表明，在螺旋神经节神经元中激活CXCL12/CXCR4信号通路后，细胞凋亡明显减少。然而，抑制CXCL12/CXCR4信号转导能显著逆转CXCL12的作用，表明CXCL12/CXCR4信号通路对于螺旋神经节神经元存活的调节是重要的。

值得注意的是，CXCL12和CXCR4调节突触形成和功能。突触连接需要正常的神经功能，神经突必须找到它们的目标，树突必须达到正常的形态。此前研究表明，CXCR4的激活能在体外调节小脑和海马颗粒细胞的突触传递，并诱导损伤性突触的传递［15］。此外，CXCR4的活化参与形成小脑颗粒细胞和浦肯野细胞之间平行纤维的突触，其中CXCL12能调节钙瞬变。本研究通过蛋白质印迹分析检测神经突标记物MAP2，证实CXCL12/CXCR4信号通路参与螺旋神经节神经元的神经元电路形成。此外，螺旋神经节神经元的体内形态学证明CXCL12/CXCR4信号转导途径参与突触形成。

此前一项研究表明，耳蜗损伤后听神经中CXCL12的表达水平增加。另一项研究进一步深入探讨了螺旋神经节神经元变性后CXCL12与移植干细胞之间的关系。在宿主微环境中，CXCL12的上调和供体干细胞中CXCR4的活化能提高移植细胞在大鼠耳蜗损伤区域的迁移效率。然而，CXCL12/CXCR4信号通路在新生小鼠耳蜗发育中的确切功能仍有待研究。在耳蜗发育过程中螺旋神经节神经元中CXCL12和CXCR4的表达水平增加。用CXCL12处理能增加螺旋神经节细胞中的细胞存活和树突生长，这种作用可被CXCR4拮抗剂AMD3100所阻断，提示CXCL12/CXCR4信号转导对螺旋神经节神经元生长至关重要。此外，对CXCL12/CXCR4信号转导的抑制能显著减少体内螺旋神经节神经元的数量并改变其形态。总的来说，目前的研究表明CXCL12/CXCR4信号通路在新生小鼠的耳蜗发育中很重要。

2.MIP-2及其受体CXCR2

Luan等［16］运用免疫组织化学染色、RT-PCR 分析及免疫蛋白印迹分析方法检测到胚胎鼠的脑组织中高表达巨噬细胞炎症蛋白-2（macrophage inflammatory protein-2，MIP-2）与CXCR2。在小鼠胚胎期第11.5天，免疫染色检测表明，在头部间质部位有MIP-2 的表达，CXCR2 则分布于背根神经节、交感神经以及脊索，这种特异性分布模式一直持续到发育后期。发育到胚胎期第12.5天，在前脑及头部间质可观察到 CXCR2 的普遍表达，脑和脊髓的脑脊膜为阳性，底板呈强阳性，在头部间质及底板可观察到 MIP-2 的表达，这种在底板部位的分布模式一直持续到第13.5天。然后发育脑的矢状切片显示海马、端脑、背侧丘脑及下丘脑的CXCR2 表达均为阳性。在胚胎期第14.5天，在丘脑背侧及下丘脑也有表达，表明MIP-2 及其受体CXCR2在大脑发育过程的不同阶段以及不同脑室有其特殊的生理功能。

3.GRO-α/CXCL1及其受体CXCR2

趋化因子及其受体不仅参与神经元的发育过程，而且在胶质细胞的发育过程中也发挥重要的作用。生长调节癌基因-α（growth-regulated oncogene-α，GRO-α）是第一个发现的能增强少突胶质前体细胞增殖能力的趋化因子，它是由星形胶质细胞分泌的。脊髓腹侧区的少突胶质前体细胞于出生后一周开始发育并表达CXCR2受体，与此同时，星形胶质细胞开始合成趋化因子 GRO-α。GRO-α一方面可以抑制少突胶质细胞的迁移，增强少突胶质细胞与细胞外基质的黏附作用；另一方面，GRO-α还协同血小板衍生生长因子（platelet-derived growth factor，PDGF）促进脊髓腹侧区少突胶质细胞的增殖。而后，GRO-α不再抑制少突胶质细胞的迁移，而是促进少突胶质前体细胞由脊髓腹侧区迁移至背侧区。同时，脊髓背侧区的星形胶质细胞合成 GRO-α的数量增加，有利于背侧区和髓鞘轴突上少突胶质前体细胞的增殖。体外试验证明，GRO-α除调节少突胶质前体细胞的增殖外，还刺激髓鞘碱基蛋白和髓鞘片段的形成，从而在髓鞘的精确组装中发挥重要作用。

在缺乏CXCR2的小鼠中，出生后第7天脊髓中成熟的CC1+少突胶质细胞的数量和分布存在缺陷（P7）。基于体外研究结果，推测CXCR1的配体CXCL1（GRO-α）在GRO-α表达的位置保持OPC，以增强它们对局部有丝分裂因子如PDGF的反应。在体内，GRO-α由星形胶质细胞瞬时表达，首先在腹侧表面附近表达，然后在脊髓背侧表达，因此可以作为OPC CXCR2刺激的配体起作用。但是，CC1+细胞的缺陷，以及在没有CXCR2的情况下，正常的初始OPC产生和分布似乎也与该趋化因子受体的作用一致。在少突胶质细胞成熟中，尚未有类似研究。因此，对于神经元和神经胶质细胞，趋化因子似乎不仅作为祖细胞迁移的调节剂起作用，而且作为促有丝分裂信号转导和轴突导向线索的调节剂起作用。

4.IL-8/CXCL8及其受体CXCR1和CXCR2

白细胞介素-8（interleukin-8，IL-8）是20世纪80年代后期发现的一种内源性、多源性的细胞因子，是由多种细胞产生的一种重要的炎症介质，主要来源于单核细胞和血管内皮细胞，具有广泛的生物学活性。脑源性IL-8参与正常脑组织的代谢和功能，在脑部病变（如感染、创伤、缺氧、缺血以及自身免疫性疾病等）时，脑源性 IL-8 的产生受到抑制，使受损区脑组织的IL-8含量骤然下降，随后由脑部病变导致炎症反应，产生炎症细胞因子，这些细胞因子再诱导内皮细胞、单核细胞和中性粒细胞等产生IL-8，主要起炎症趋化作用，吸引中性粒细胞到达病变区，加重该区域的损伤。可见 IL-8可能存在双重作用：①正常脑组织产生生理作用；②脑部病变炎症反应时可产生趋化作用。IL-8除了具有与GRO-α相似的作用外，还有提供对神经元的营养支持功能。在大鼠海马细胞的培养中，IL-8处理过的海马神经元与对照组相比，存活的神经元数目显著增多，表明IL-8能够提高神经元的存活率，这可能与CXCR2在海马神经元上的表达有关。

5.CXCL14

CXCL14蛋白在角膜和虹膜的神经支配过程的关键时刻以及神经发生过程中的视网膜中表达。CXCL14敲减在角膜和虹膜神经支配期间引起神经图形缺陷。与前眼神经支配缺陷一致，也存在视网膜神经缺损和视网膜神经节异常投射神经。体外研究显示，神经缺陷可能是由于在无CXCL14的情况下，CXCL12的化学吸引增加。研究还表明，CXCL14在预防晚期角膜血管形成中起着至关重要的作用。与对照相比，CXCL14敲减后角膜中TrkA、VEGFR2、CXCL12和 CXCR4显著上调，可能是感觉神经支配增加。因此，CXCL14的信号转导能确保适当的神经支配和神经发生，在眼睛发育期间维持角膜无血管性。CXCL14蛋白定位于前基质和角膜上皮，感觉神经随后产生，在虹膜神经支配和神经发生过程中，CXCL14的表达也分别位于虹膜和神经视网膜中。因此，CXCL14在这些眼组织中的高水平表达，表明它们在其形成和神经支配过程中起着至关重要的作用［17］。

CXCL14定位于多个神经组织，包括为角膜提供感觉神经支配的三叉神经节。由于角膜和相邻晶状体分泌的化学物质如Sema3A和Slit2的存在，角膜神经最初被角膜排斥。相反，CXCL14在角膜的前部区域表达，引导感觉神经的侵入。因此，推测CXCL14在感觉神经投射中起着化学吸引作用，这与先前的观察结果一致，即CXCL14 在体外作为小脑颗粒细胞迁移的化学引诱剂，但是，研究结果显示其在角膜中的缺失能增强基质和上皮的神经支配，实验也证实CXCL14的过表达具有抑制作用。在pericorneal神经环中异位表达后缺乏神经支配的表型说明，单独的CXCL14可能不影响神经投射，需要在角膜和眼周区域之间存在差异表达的生长因子。类似于角膜中的CXCL14敲减，可以观察到广泛的虹膜神经支配，其源自三叉神经和睫状神经节。而许多Tuj1阳性的细胞仍然未掺入CXCL14敲减的眼虹膜神经丛。这些分离的细胞可能是在无CXCL14的情况下广泛迁移、增殖或分化的未成熟神经元。结合起来，这些结果表明CXCL14在控制角膜和虹膜神经支配的程度中起作用。而目前，CXCL14的受体仍然未知，因此很难提供一种明确的调节机制阐述眼组织中的轴突生长。体外考察CXCL14对解离的三叉神经轴突的作用模式表明，它不影响NGF刺激的神经生长。然而，如前所述的研究提示，CXCL12刺激中枢神经系统的神经迁移、轴突生长和分离的背根神经节的存活，也观察到在CXCL12存在下三叉神经轴突生长显著增加。有趣的是，CXCL14能够消除CXCL12诱导的轴突生长增加，即显示CXCL14作为CXCL12抑制剂而起作用。推测是可能通过CXCL12受体CXCR4和CXCR7而起作用，因为它们在晚期发育期间和在非洲爪蟾、斑马鱼的神经节发生过程中都由鸡三叉神经神经元表达。CXCL12可能与神经营养因子相互作用指导前眼中轴突生长，而CXCL14在角膜和虹膜中降低，以实现最佳的虹膜和角膜神经支配。研究还表明，CXCL14对神经视网膜的正常发育至关重要，其在神经发生过程中在整个神经视网膜中都有表达，并随后在视网膜神经节细胞中表达升高。研究证明，鸡CXCL14的敲减会导致神经视网膜的严重缺陷，包括视网膜神经节细胞数量的增加和神经元的异常投射。这表明CXCL14调节视网膜神经节细胞的增殖、迁移及其向视神经的投射。由于视网膜中的CXCL14转录物表达模式在鸡和小鼠中是保守的，推测其功能也是一致的。CXCL14 突变的成年小鼠饲养行为不一致可能表明视力不佳。如上所述，视网膜缺陷也可能是由于在没有CXCL14的情况下CXCL12信号转导的失调节作用。视网膜神经节细胞的错误投射可能是由于在没有CXCL14的情况下该层中的大量细胞无法遵循CXCL12的现有线索，这需要适当的神经引导进入视神经。

三、参与神经发育过程的CX3C类趋化因子及其作用机制

fractalkine/CX3CL1是Ⅰ型跨膜糖蛋白，其N末端含有趋化因子结构域，可与其已知的唯一受体CXC3R1结合。分形趋化因子（fractalkine）既是一种黏附分子，又是一种可溶性的化学吸引物，在中枢神经系统表达于神经元，而其受体CXC3R1则表达于小胶质细胞。在新生大鼠的神经元培养中，Zujovic等［18］观察到分形趋化因子 mRNA随着培养时间的延长表达升高，提示分形趋化因子在神经元发育和分化过程中扮演了一定的角色。另外研究还发现，分形趋化因子可促进小胶质细胞的趋化、增殖、存活、细胞内钙水平的升高以及细胞因子和金属酶的分泌，这些反应能被抗CX3CR1 抗体阻断。

中间神经元衍生的分形趋化因子在整个生命过程中调节少突胶质细胞的起源，它直接作用于出生后的OPC［19］。在这方面，成年OPC与中间神经元密切相关，小白蛋白阳性皮质中间神经元是有髓的，提高了它们可能分泌分形趋化因子而直接调节自己的髓鞘化的可能性。第二个关键问题涉及中间神经分泌的分形趋化因子相对于其他细胞来源的重要性。FISH数据显示皮质层内的许多非MGE衍生细胞也表达分形趋化因子 mRNA，多个报道显示皮质神经元也表达并分泌分形趋化因子。因此，兴奋性神经元也可能分泌分形趋化因子以调节轴突相关的OPC和/或少突胶质细胞。而前脑神经元（包括皮质投射神经元）已被证明可以调节少突胶质细胞的形成，并且很有可能与轴突分泌的分形趋化因子有关，在这个过程中发挥重要作用。

有研究表明，小胶质细胞在突触环节对成年神经元的初始发育、维持、可塑性和生理影响中起重要作用。通过CX3CR1信号转导的小胶质细胞-神经元通信是小胶质细胞在这些过程中发挥作用的重要机制［19］。在成熟的abGC中，小胶质细胞参与突触调节（在基础/静止条件下）消退。该结果扩展了先前关于小胶质细胞在各种生理和病理条件下调节成人出生神经元数量的作用研究：在CX3CR1-/-小鼠中，由CX3CR1介导的神经元-小胶质细胞通信被废除。因此，该模型提供了比小胶质细胞耗竭更具特异性的工具，以探测小胶质细胞影响突触发育的机制。CX3CR1-/-小鼠在正常生理条件下表现出脊柱消除减少，表明与它们在早期大脑发育中的作用类似。在正常发育的成年出生的神经元中，小胶质细胞通过CX3CR1信号转导与神经元的通信也参与修剪树突棘。但是，与早期开发相比，CX3CR1缺乏与脊柱密度的短暂增加有关，成人大脑中的CX3CR1缺乏与发育中的abGC中脊柱密度降低有关，而CX3CR1-/-可以解释这种差异。小鼠也表现出abGC中脊柱形成的减少。这些发现表明，小胶质细胞对脊柱密度的总体影响在新生儿与成年出生的神经元中是不同的，是因为这些时期脊柱的不同发育动态。具体而言，在出生后早期嗅球（olfactory bulb，OB）中，脊柱数量在前2周内迅速增加，反映出脊柱形成比消除更快，随后脊柱减少一段时间，反映出更大的脊柱修剪。因此，在生命的第3周（发现CX3CR1缺乏与脊柱密度增加相关的时间点），小胶质细胞主要参与修剪。相反，在abGC的发展过程中，在脊柱形成的比率高于消除比率的这段时间（直到产生abGC后28天），小胶质细胞主要参与脊柱形成，因此，这一时期小胶质细胞畸变（例如CX3CR1耗尽或缺乏）与脊柱密度降低有关。

已发现CX3CR1-/- abGC具有较小的脊柱头部，说明除了在脊柱形成和消除中起作用外，小胶质细胞也调节脊柱形态。脊柱大小与突触功效正相关，说明小胶质细胞也调节突触强度。小胶质细胞耗竭未导致脊柱形态发生任何变化，表明小胶质细胞对脊柱头部大小的调节不是必需的。相反，直接证据表明，在视觉皮质发育中，小胶质细胞和脊柱的接触可导致脊柱大小的短暂改变。研究发现，在abGC中这种变化是持续性和累积性的，导致小脊柱在脊柱总数中的比例几乎翻倍，这可能反映了突触正常成熟的延迟。

研究表明，CX3CL1-CX3CR1信号通路是调控abGC突触发育的重要机制。在CNS中，CX3CL1诱导小胶质细胞能趋向于神经元损伤的位置，然而还没有研究直接检验其作用。信号通路正常静止条件下，小胶质细胞和神经元组分之间通过相互作用而发挥作用。目前发现，CX3CR1缺乏的小胶质细胞与abGC的树突轴产生较少的接触，表明CX3CL1-CX3CR1系统在这种接触中的作用。此外，小胶质细胞-树突轴接触的减少可能是脊柱形成减少以及随后abGC脊柱密度降低的原因。最近的一项研究表明，在大脑发育过程中，小胶质细胞和树突轴之间的接触对脊柱形成至关重要。研究发现，CX3CR1信号转导损伤对脊柱形成和密度的影响与小胶质细胞耗竭的影响相似，这突出了CX3CL1-CX3CR1系统在这些过程中的重要性。在小胶质细胞-树枝状轴接触减少的CX3CR1-/-小鼠中，小胶质细胞接触的脊柱比例增加。表明这种增加不是由于每个脊柱的更多假定接触所致，而仅仅反映了CX3CR1-/-小鼠中的abGC比野生型（wild-type，WT）小鼠中的spGCs少的事实。尽管在CX3CR1-/-小鼠中接触的脊柱比例较大，但脊柱消除较少表明小胶质细胞-脊柱接触不一定导致脊柱消除。事实上，在发育中的动物中，小胶质细胞接触的只有一小部分脊柱随后被消除，这一过程至关重要地取决于其配体对CX3CR1的激活，因此该信号转导的特异性损伤或小胶质细胞消耗导致脊柱消除减少。显然，其他小胶质细胞非依赖性机制也参与脊柱清除（在小胶质细胞耗尽的小鼠中也存在一定程度）。

支持脊柱形成的一种机制涉及与树突和脊柱接触期间从小胶质细胞分泌BDNF。最近的一项研究报道，BDNF通过促进从丝状伪足到脊柱的转化，特别是在OB的abGC中，支持幼脊的稳定化。该BDNF的来源可能是小胶质细胞，因为先前已报道，小胶质细胞BDNF基因特异性敲除能减少运动皮质中与学习相关的脊柱形成。小鼠中小胶质细胞的数量减少，或者小胶质细胞过程与CX3CR1中的树突之间的接触减少可能导致树突附近的BDNF分泌较低，因此脊柱形成的促进较少。发现早期发育过程中小胶质细胞相关突触消除的机制涉及补体系统。具体而言，细胞因子TGFβ诱导神经元中补体的表达，可被小神经胶质细胞上的补体受体感知来促进突触的吞噬作用。然而，尚未研究CX3CR1缺乏在这些机制中的特定作用。未来的研究应该寻求确定小胶质细胞及其CX3CR1信号在形成和消除abGC突触中的作用的精确分子机制。

一般而言，CX3CR1缺乏的影响很大程度上包括了小胶质细胞耗竭对OB abGC突触发育的影响。然而，应注意的是OB微环境在CX3CR1-/-与小胶质细胞耗尽的小鼠中可能不同。因此，相似的发现可能涉及每个模型中不同的小胶质细胞相关机制。例如，先前的研究发现，CX3CR1信号转导参与小胶质细胞抑制，并且CX3CR1-/-小鼠具有一些炎症激活的标志物，而小胶质细胞耗尽的小鼠具有低水平的炎症激活标记。目前研究发现，OB炎症细胞因子环境中两种模型之间没有差异，表明在OB这些模型中的炎症微环境是相似的。尽管如此，其他基因在这些模型中显然是差异性调节的，未来的研究应该集中在可能介导小胶质细胞对突触发育的近端作用的特定分子上。还应该注意到，在两个模型中，小胶质细胞操纵在大脑中的作用是全局的。因此，OB外脑区的小胶质细胞相关变化可能影响该区域中abGC的发展。未来的研究应将小胶质细胞操作（耗尽或CX3CR1缺乏）特异性地靶向OB，以明确评估这种可能性。因为CSFR1和CX3CR1都在外周巨噬细胞和其他几种免疫细胞类型上表达，小胶质细胞耗竭和CX3CR1缺乏模型也涉及外周改变，这可能间接影响abGC。目前的研究结果表明，两种模型中大多数外周细胞因子和趋化因子的水平没有差异，并不能支持这一假设。此外，在一个模型中确实显示，差异表达模式的少数外周分子的水平通常反映了减少的炎症状况。例如，在CX3CR1敲除小鼠的血清中，细胞间黏附分子-1（ICAM-1）、CXCL12的水平降低，与炎症状态（例如多发性硬化）期间在这些分子中观察到的变化相反。此外，外周细胞因子和趋化因子的改变均未通过OB的平行变化反映出来。因此，两种模型中外周炎症环境的变化通常不一定间接地影响脑神经元，特别是通过外周衍生的炎性分子间接影响abGC。

（刘诺　张宁宁　王惠芹　任思宇　王真真　陈乃宏）