日本國立精神·神經醫療研究中心 神經研究所 疾病研究第二部　小山 隆太

前言：小膠質細胞研究的范式轉換

小膠質細胞自1919年被Pío del Río-Hortega發現以來，長期作為大腦內的“清道夫"或免疫細胞，僅被動地參與死細胞和異物的清除。然而，自2000年以來，利用Cx3cr1-GFP小鼠進行in vivo雙光子激發顯微鏡觀察發現，小膠質細胞具有極其強的動態性，其突起持續伸縮，監測周圍環境^1）。

這一發現催生了小膠質細胞主動參與神經回路的精細化的假說，即突觸修剪。然而，該假說的根本性問題在于“小膠質細胞是否真的會主動吞噬作為活連接的突觸？"盡管已有大量研究在固定組織樣本中發現了小膠質細胞內存在突觸來源分子的間接證據^2），但僅憑靜態快照，難以判斷這是主動吞噬作用的結果，還是僅僅是對神經元脫落碎片的被動清除。

這一命題關系到小膠質細胞研究的“因果"闡釋。如果小膠質細胞能夠直接重塑活體神經連接，那么對回路形成、學習機制和相關疾病的理解將被重構為包含小膠質細胞的因果模型。反之，如果小膠質細胞的作用僅限于碎片清除，那么它們就只能被定義為“事后清理"的執行者。因此，這一問題的根本性、高影響力的爭議焦點在于，小膠質細胞的作用是“必要因素"還是“次要因素"。

本文基于近年來活細胞成像研究揭示的決定性證據，一方面梳理圍繞“突觸吞噬"的爭論，另一方面對“吞噬"一詞重定義，并對除分子機制外，物理特性參與調控該過程的新視角展開綜述。

1. 為避免混淆，重新定義“吞噬"

在討論小膠質細胞參與的突觸清除時，首先需要理清“吞噬"這一行為的定義。在該領域，phagocytosis（吞噬作用）、trogocytosis（胞啃作用）、engulfment（吞噬/包吞）等不同現象（表1）并沒有進行嚴格地區分，這導致了討論的混淆。例如，固定標本中“小膠質細胞內存在突觸分子"，這既可能是phagocytosis，也可能是engulfment。然而，如果作為研究前提的現象定義依舊含混不清，各研究間的結論就難以相互印證，容易激化“肯定（吞噬）/否定（不吞噬）"的對立。本文將區分細胞完整吞入整個靶標的吞噬作用（phagocytosis）和僅切割部分靶標的胞啃作用（trogocytosis）等過程，進行深入討論。通過明確區分這些過程，才能更準確地理解小膠質細胞在“何時"及“在何種條件下"參與其中。

表1. “吞噬"的分類：你想知道的“吞噬過程"是哪一種？

（注：表中所示術語在不同的參考文獻中可能存在定義不一致或概念重疊的情況。筆者在參考各文獻語境的基礎上謹慎選用了相關術語，但請注意此處所示的整理僅基于當前的理解，隨著研究的發展有可能會不斷地更新。）

2. 視覺假象陷阱：既往研究方法_論的局限性

2025年，Andoh等人第一次通過活細胞成像直接捕捉到了小膠質細胞對突觸的胞啃作用（trogocytosis）^3）。然而在此之前，部分研究者之間普遍存在一種錯誤認知，即“該現象已被報道“ ，其常被作為這一認識依據引用的，便是Weinhard等人（2018）^4）和Lim等人（2021）^5）的研究。

Weinhard等人提出小膠質細胞部分吞噬突觸的現象稱為胞啃作用，并認為突觸前結構是其靶標^4）。然而，該研究使用的AAV-Syn::iRFP并非定位于突觸小泡或活性區的分子，而是一種廣泛分布于神經元細胞質的熒光蛋白。盡管如此，論文中仍使用“Presynaptic AAV-Syn::iRFP"的表述，混淆了Synapsin啟動子驅動的神經元特異性表達與突觸前結構的特異性標記。此外，由于未同時使用可顯示軸突膜或軸突整體連續性的標志物，無法嚴格區分被攝入的熒光信號是來自活的突觸末梢，還是已經碎片化的軸突殘骸。然而，該論文的標題為“Microglia remodel synapses by presynaptic trogocytosis and spine head filopodia induction"，數據并未直接支撐的內容卻先行體現在標題中，不免給人以解讀先行之嫌。

Lim等人發現，在非洲爪蟾視覺系統中，軸突及突觸相關結構來源的熒光信號會隨時間在小膠質細胞內積累，暗示了胞啃作用的可能性^5）。但該研究定量的是小膠質細胞內存在的熒光信號總量，并未直接捕捉到分子定義的單一突觸結構在與軸突保持連續性的狀態下實時遷移至小膠質細胞的瞬間。

因此，Weinhard等人和Lim等人的研究雖然有助于普及“presynaptic trogocytosis"的概念，但并未得到實驗驗證。

3. Andoh等人的研究提供的決定性證據

系統性地解決了這些方法_論難題的是Andoh等人（2025）的研究^3）。該研究的主要優勢在于構建了同時滿足“突觸的分子定義"、“保證是活連接"和“足夠的時空分辨率"這三個條件的實驗設計。

Andoh等人通過熒光標記突觸小泡蛋白Synaptophysin，在分子水平上定義了被攝入的結構是功能性突觸前結構。此外，通過聯用定位于神經元細胞膜的iRFP，直接確認胞啃作用發生的瞬間，該突觸處于與軸突本體相連的存活狀態。同時，通過每分鐘一次的活細胞成像，成功可視化了在數分鐘內完成的胞啃作用。

結果顯示，第一次直接記錄了小膠質細胞在不破壞軸突完整性的情況下，僅選擇性削減突觸前結構的胞啃作用的動態過程。論文中展示的視頻為圍繞突觸吞噬的爭論提供了關鍵性的實證支撐。

更為重要的是，小膠質細胞與突觸接觸后并不會立即發生吞噬，表明該過程具有條件依賴性。Andoh等人表明，補體C1q與磷脂酰絲氨酸（PS）的結合，可作為物理性的“錨定"機制，延長小膠質細胞的滯留時間（dwelling time）。C1q在大腦中與突觸反復發生可逆性的結合和解離，但在發生過量活動的局部區域，通過非凋亡型caspase-3活化暴露出PS，進而加強與C1q的結合。這導致小膠質細胞被“錨定"在該部位，當達到一定的滯留和約束條件后，才會啟動胞吞作用。換言之，這項研究的重要性還在于揭示了“分子標簽（C1q-PS）"不僅作為化學信號，還作為產生物理約束的機制發揮作用，從而將突觸修剪重新定義為“條件達成的結果"，而非簡單的“反應"。

4. 觀察的盲區：為何難以發現？

這類清晰的現象長期未被捕捉到的原因之一，在于觀察對象的選擇。大部分的in vivo研究專注于樹突棘，但Andoh等人^3）和Weinhard等人^4）的研究表明，除突觸后結構外，小膠質細胞也對突觸前結構具有靶向性。因此，若僅持續觀察樹突棘和小膠質細胞兩者的相互作用，難以頻繁捕捉胞吞作用的關鍵瞬間，在某種意義上也是必然的（圖1）。

相反，對樹突棘而言，小膠質細胞的參與更多地被觀測為通過接觸誘導形態變化、尺寸調節、促進突起形成等其他調控機制。如果將觀察聚焦在“樹突棘是否被吞噬"上，就會錯過小膠質細胞的主要靶標和作用方式。要接近突觸減少的真相，就必須先更新“觀察何處"這一核心研究前提。

圖1. 小膠質細胞-突觸相互作用研究的注意事項

突觸修飾若僅觀察樹突棘容易遺漏部分細節。因此，使用突觸前終端、突觸小泡相關分子及軸突連續性標志物進行分子層面的定義至關重要。在結果解讀時，應避免以細胞的自主能動性（擬人化）為前提，要基于分子標記和靶標的物理條件來闡釋現象。

5. 分子論和物理論的整合

小膠質細胞的功能常以擬人化的視角進行描述，即強調其作為主體“選擇吞噬哪個（突觸）對象"和“選擇哪種吞噬方式"。然而，Cornell等人指出，吞噬細胞選擇phagocytosis還是trogocytosis，并非由分子開關調控，而是受靶標的皮質張力這一物理量調控^6）。即對于柔軟的靶標，局部容易發生膜變形，因此傾向于胞吞作用；對于較硬的靶標，不會發生膜變形，則選擇直接攝入整體的吞噬作用。

這里的關鍵在于，與其說吞噬細胞具有“胞吞作用"和“吞噬作用"兩套獨立程序，不如說是同一驅動機制因靶標的物理抵抗不同呈現出不同的結果。換言之，或許并非小膠質細胞“選擇吞噬方法"，而是靶標的物理特性決定了最終結果^7）。這一視角有助于理解無法僅憑特定單個分子的有無來解釋的條件依賴性，并提出由C1q和PS等分子機制組合定義的“力學狀態"可能參與調節突觸修剪方式。若突觸硬度作為此類力學狀態的要素之一參與小膠質細胞介導的突觸可塑性，這將是非常有趣的事情。

結語：突觸并非“被吞噬“，而是被“修剪"

對于“小膠質細胞是否會吞噬突觸？"這一問題，現在可以回答“是的"。但這并非單純是吞噬作用。活細胞成像揭示了小膠質細胞局部修剪活突觸連接的真實過程胞吞作用。這一過程并非小膠質細胞的自主意圖，而是僅在分子標記與靶標物理特性同時滿足時才會成立。小膠質細胞并非決定“吞噬何物"的主體，而是對“允許被修剪的結構"作出應答的調控機制。

謝辭

本文的撰寫得到了AMED（JP23jf0126004、JP24wm0625114、JP25wm0625518）以及JST（JPMJCR24B6）的支持。本文內容參考筆者實驗室成員Megumi Ando博士、河野玲奈博士、大柿安里博士、宮田一馬的批評意見進行了修訂。

參考文獻

1. Nimmerjahn, A. et al. : Science, 308, 1314（2005）.

2. Paolicelli, R. et al. : Science, 333, 1456 （2011）.

3. Andoh, M. et al. : Nat. Commun., 16, 918 （2025）.

4. Weinhard, L. et al. : Nat. Commun., 9, 1228 （2018）.

5. Lim, T. et al. : eLife, 10, e62167 （2021）.

6. Cornell, C. E. et al. : Nat. Cell Biol., 27, 2078（2025）.

7. Zhu, T. et al. : iScience, 26, 105993 （2023）.

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