微胶质细胞参数绘图软件（MMPS）：一种用于定量分析微胶质细胞形态的开源、用户友好型工具
2026年7月24日
小胶质细胞参数绘图软件（MMPS）是一种用户友好的分析流程，无需编程专业知识，可对免疫荧光图像中的单个小胶质细胞形态进行半自动分析。该软件已在啮齿类动物脂多糖诱导的神经炎症模型中得到验证，能够稳定检测与激活相关的形态学变化，实现标准化、可扩展的小胶质细胞表型分析。
微胶质细胞参数绘图软件（MMPS）使我们能够研究铁死亡如何改变缺血性脑卒中后微胶质细胞亚群。MMPS 解决了微胶质细胞分析领域中的关键瓶颈问题，无需繁琐的软件要求和必要的编程知识。首先，在计算机上打开 GitHub 仓库，并下载微胶质细胞参数绘图软件（MMPS）独立程序包。
在下载文件夹中，双击以启动归档实用程序，自动解压压缩文件夹。双击解压后的 MMPS 应用程序图标，以验证并打开 MMPS 软件包。点击“选择图像文件夹”选项，并通过计算机目录导航至项目文件所在位置。
授予文件夹访问权限并选择图像存储目录。接下来，单击“选择输出文件夹”，然后选择输出目录。选择要处理的图像，然后选择图像标注。
为图像分配动物标识符和处理组，并保存输入信息。为计算图像的像素尺寸，从比例尺选择校准。选择比例尺的起点和终点，输入已知的比例尺距离（单位为微米），然后点击应用。
选择包含小胶质细胞信号的荧光通道。通过勾选每个图像名称旁边的复选框来选择要处理的图像；如果图像之间的背景荧光存在差异，请分别对它们进行处理。查看原始图像、预览、处理后图像和掩膜标签页，以比较图像处理的各个阶段。
选择预览当前图像以调整其他处理参数。进行背景减除时，将滚珠半径值设置在5至150像素之间。为减少照明伪影，使用3的去噪值，并将锐化值设置在1到2之间以改善边缘定义。
优化图像处理参数后，点击处理选定的图像。接着，选择“选取细胞体”并应用于所有图像。点击“显示C通道颜色”以获得RGB复合图像视图。
选择通道，如果图像颜色失真，则取消选择任何未使用的通道。单击显示调整，以调节RGB视图中通道的亮度。选择显示DAPI与离子化钙结合接头分子1（IBA1）共定位的小胶质细胞胞体。
使用退格键或删除键移除错误选择的细胞体。按回车键进入下一张图像。在完成细胞体选择后，选择所有轮廓的细胞体。
对每个选定的小胶质细胞的胞体边缘进行轮廓勾画，至少使用八个轮廓点，并排除细胞突起。通过撤销上一个点、删除或退格键移除放置错误的轮廓点。按下回车键、返回键、双击或右键单击以完成每个胞体轮廓的绘制。
完成胞体轮廓绘制后，点击“生成所有掩膜”。在掩膜生成设置中，调整最小强度以减少背景像素，同时平衡背景抑制与分支保留。选择“质检所有掩膜”以开始掩膜质量评估，并按面积从大到小依次审查所有显示的掩膜。
使用“processed”和“mask”标签页将每个掩膜与相应的微胶质细胞进行比较。按键盘快捷键 A 接受掩膜，按键盘快捷键 R 拒绝掩膜。
如需撤销接受或拒绝操作，请按 B 键。使用键盘方向键浏览不同大小的掩膜。选择能够准确捕捉小胶质细胞分支结构且不包含邻近细胞、过多背景、图像边界或比例尺的最大可接受掩膜。如果大多数掩膜不准确，可使用“清除所有掩膜”选项，通过不同的阈值重新生成掩膜。
接下来，选择“计算简单特征”以计算已接受掩膜的各种参数，然后点击“确定”。如需进一步分析，请下载 fractalanalysisimagej.py 和 sholl。
py 和 skeletonanalysisimagej.py 插件。对于分形和轮廓分析，请打开并运行 fractalanalysisimagej。
作为Fiji插件运行py。然后输入输出目录位置。输入像素大小，并选择“仅最大掩膜”选项，以分析每个细胞中最大的被接受的掩膜。
进行Sholl分析时，将sholl.py作为Fiji插件打开。输入输出目录位置、所需的像素大小和步长。
选择使用细胞体半径作为起始半径，或在不使用基于MMPS的细胞体半径时输入固定的细胞体半径值。将skeletonanalysisimagej.py作为Fiji插件打开，用于骨架分析。
根据提示浏览并输入掩膜目录、输出目录和像素大小的路径。完成后，将插件生成的所有结果导出为逗点分隔值文件，保存至指定的输出目录中。采用脂多糖（LPS）诱导的啮齿类动物神经炎症模型对MMPS进行验证研究，结果显示，与溶剂处理对照组相比，LPS给药显著降低了平均质心距离和细胞周长。
各处理组之间在掩模面积、圆形度或离心率方面未观察到显著差异。与溶剂对照组相比，LPS处理组动物的胞体面积显著增加，这与胶质细胞活化相关的形态重塑一致。进一步的高级形态学分析显示，在溶剂处理的大鼠中，小胶质细胞圆形度与周长之间仅存在弱相关性，而在LPS处理的大鼠中则表现出强相关性，提示小胶质细胞活化程度增加与圆形度和周长减小相关。
此外，无论是在对照组还是LPS处理组中，掩模区域均显示出与平均质心距离的强正相关性，这与小胶质细胞活化相关的分支变化一致。本方案可使研究人员深入研究复杂的小胶质细胞分支结构、形态均一性及结构复杂性。获得高分辨率的免疫荧光图像对于准确使用MMPS至关重要。
未来的研究可利用MMPS来探究铁死亡抑制剂如何在不同神经系统疾病（如中风）后改变小胶质细胞的形态。
概述
本文介绍了小胶质细胞参数图谱软件（Mapping Microglial Parameters Software, MMPS），这是一个用于小胶质细胞形态学定量分析的开源平台。MMPS 通过提供一种用户友好的、基于 Python 的解决方案，解决了现有分析工具在可及性和可用性方面的挑战，并且兼容免疫荧光工作流程。该软件使用神经炎症的啮齿类动物模型进行了验证，证明其在检测与小胶质细胞活化相关的形态学变化方面具有有效性。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 免疫学
- 图像分析
背景
- 小胶质细胞是中枢神经系统中的免疫细胞，参与神经损伤后组织的降解与重塑。
- 定量形态学分析可区分小胶质细胞亚群，并保留其原位信息。
- 现有的分析平台通常需要专业知识，或无法公开获取。
- 目前亟需标准化且易于获取的小胶质细胞形态学分析工具。
研究目的
- 开发一款开源且用户友好的小胶质细胞形态学分析软件。
- 实现无需编程经验的半自动化单细胞分析。
- 利用啮齿类动物神经炎症模型对软件进行验证。
使用的方法
- 使用 Python 3.11 开发 MMPS。
- 与基于免疫荧光成像的工作流程整合。
- 实现图形用户界面以支持便捷操作。
- 利用啮齿类动物脂多糖（LPS）诱导的神经炎症模型进行验证。
主要结果
- MMPS 能够在单细胞水平上实现小胶质细胞形态的半自动化定量分析。
- 来自 LPS 处理动物的小胶质细胞显示出显著增大的胞体面积（p < 0.01）。
- 与对照组相比，来自 LPS 处理动物的小胶质细胞表现出细胞周长减少（p < 0.05）。
- 这些形态学变化与小胶质细胞活化及神经炎症一致。
结论
- MMPS 为小胶质细胞形态学分析提供了标准化且可重复的平台。
- 该软件无需编程经验的用户亦可使用。
- MMPS 有助于小胶质细胞研究中的跨实验室比较和结果可重复性。
常见问题
行业高管相关性
定量的小胶质细胞形态学分析对于降低神经炎症靶点的风险以及推动中枢神经系统药物发现至关重要。小胶质细胞参数图谱软件（Mapping Microglial Parameters Software, MMPS）可实现对小胶质细胞活化状态的标准化、可重复测量，从而提高早期发现和转化研究中的预测可信度。该软件具备良好的可及性和跨实验室兼容性，有助于解决神经免疫靶点验证和项目优先级筛选中的关键瓶颈问题。
生物制药研发中的战略应用
早期发现与靶点验证
- 可在与疾病相关的模型中实现对小胶质细胞活化的定量分析。
- 通过区分细微的形态学表型，支持功能靶点的验证。
- 有助于降低中枢神经系统疾病中神经免疫通路的机制性风险。
- 提高推进神经炎症靶点开发的预测可信度。
筛选与检测方法开发
- 标准化基于图像的小胶质细胞形态学检测方法，以获得可重复的实验结果。
- 建立经过验证的生物系统，用于化合物筛选和表型分析。
- 支持可扩展的半自动化分析，兼容免疫荧光工作流程。
- 支持对化合物对小胶质细胞状态影响的可靠定量评估。
转化与临床前研究
- 将神经炎症的形态学读数与转化生物标志物相对应。
- 确保从发现到啮齿类动物模型中临床前验证的连续性。
- 通过提供可靠且定量的终点指标，降低推进神经免疫资产开发的风险。
- 支持跨研究和跨实验室的可重复性，以满足监管申报的要求。
流程与工作流整合
MMPS 通过在基于免疫荧光的工作流程中实现小胶质细胞形态的标准化定量分析，融入从发现到临床前研究的连续过程。
- 发现生物学：提供小胶质细胞活化及形态表型的假设驱动型定量分析。
- 筛选：为检测方法开发和化合物评价提供可重复的定量结果。
- 分析：生成用于条件比较和决策的统计测量指标（例如，胞体面积、细胞周长）。
- 转化研究：与临床前神经炎症模型相一致，确保生物标志物的连续性。
- 企业级复用：提供开源、用户友好的平台，可适应各类中枢神经系统研究项目。
运营与企业影响
- 科学价值：提高神经免疫靶点验证的预测可信度，降低机制上的模糊性。
- 操作价值：标准化并实现形态学分析的半自动化，提升可重复性和可扩展性。
- 战略价值：支持基于充分依据的立项/终止决策，推动中枢神经系统资产的资本高效开发。
- 组合影响：支持基于稳健定量终点，对神经炎症项目进行风险调整后的优先级排序。
实施注意事项
- 最佳使用需具备免疫荧光成像和神经生物学方面的专业知识。
- 需要配备兼容的成像仪器和用于图像处理的计算基础设施。
- 为确保可重复性，要求跨团队统一成像和分析方案的标准。
- 可适用于多种啮齿类动物神经炎症模型，并可能拓展至其他中枢神经系统疾病体系。
- 形态学定量的准确性依赖于图像质量和参数选择。
