单细胞RNA测序与机器学习揭示星形胶质细胞关键特征基因在围术期神经认知障碍中的作用机制

本研究针对围术期神经认知障碍（PND）发病机制中星形胶质细胞作用不明的难题，通过单细胞RNA测序技术对老年小鼠海马细胞进行测序分析，结合机器学习算法鉴定出Dbp、PISD、Id4和Tsc22d3四个关键特征基因，揭示了星形胶质细胞亚群在PND中的动态变化规律，为认知功能障碍的干预提供新靶点。

　　

通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术，研究人员对经历围术期神经认知障碍（PND）手术和假手术的老年小鼠海马组织进行了深入分析，共获得9976个和9484个单细胞转录组数据。研究聚焦星形胶质细胞（astrocyte），成功鉴定出13个细胞亚群，对应9种细胞类型。特别值得注意的是，星形胶质细胞可进一步划分为5个功能亚群，其中簇0（cluster 0）占比最高且在PND手术条件下比例下降5.51%，显示出最显著的组间差异。

功能富集分析表明，星形胶质细胞积极参与神经发育关键过程，涉及神经系统发育和突触调控等重要通路。伪时间分析（pseudotime analysis）将簇0定位在分化早期阶段，提示其可能是PND手术应激的关键响应群体。基因共表达网络分析进一步发现，某些模块在簇0中呈现峰值活性。

通过整合簇0标志基因与差异表达基因（DEGs），并运用LASSO、XGBoost和随机森林（Random Forest）等机器学习算法，研究团队精准筛选出四个特征基因：Dbp、PISD、Id4和Tsc22d3，这些基因在手术组与对照组间呈现显著差异表达模式。转录因子活性分析则揭示了星形胶质细胞中独特的调控网络，为理解其在PND手术应答中的功能差异提供了分子层面依据。这项研究不仅绘制了老年海马星形胶质细胞的动态图谱，还深入解析了细胞间通讯机制，为手术应激引发的神经炎症和认知功能障碍机制研究提供了重要线索。