转录组学、单细胞测序和空间测序助力脑缺血研究：揭示机制，开拓治疗新方向

脑缺血致残致死率高、发病机制复杂。研究人员开展脑缺血转录组学相关研究，整合转录组学、单细胞转录组学和空间转录组学数据。结果揭示关键机制，提供潜在生物标志物和治疗靶点，为临床治疗提供理论支持。

　　

脑缺血，这个 “健康杀手”，正严重威胁着全球人类的生命与健康。每六个人中，就可能有一人在一生中遭遇中风，而脑缺血作为缺血性中风的主要类型，占比高达 85 - 90%。它就像一颗 “定时炸弹”，一旦发作，不仅会导致脑组织缺氧、营养物质缺乏，损伤脑细胞，还会带来诸如偏瘫、意识障碍等严重后遗症，给患者及其家庭带来沉重的负担。尽管目前有溶栓治疗手段，但治疗时间窗狭窄，且无法解决继发性损伤机制，治疗效果大打折扣。因此，深入了解脑缺血的病理生理过程，寻找新的治疗策略迫在眉睫。

湖南医药学院基础医学院等机构的研究人员开展了转录组学、单细胞测序和空间测序等多组学技术在脑缺血研究中的应用研究。他们通过这些研究揭示了脑缺血发生发展的分子机制，为疾病的早期诊断和个性化治疗提供了潜在的生物标志物和治疗靶点，对推动脑缺血治疗的进步意义重大。该研究成果发表在《European Journal of Medical Research》上。

研究人员主要运用了转录组测序（RNA - Seq）、单细胞测序以及空间转录组测序技术。转录组测序用于分析基因转录水平的变化，单细胞测序从单个细胞层面研究细胞和微环境的异质性，空间转录组测序则能精准定位组织中细胞间的基因表达。研究使用的样本主要来源于实验小鼠等。

一、综合转录组测序技术

1. 转录组学：转录组学从整体层面研究细胞基因转录活性和转录调控规律。它能揭示脑缺血后基因表达的调控网络和分子通路，但在实验设计、数据分析和技术应用方面存在局限性，如 mRNA 获取困难、测序深度和重复次数确定缺乏标准等。

2. 单细胞测序技术：该技术可分析细胞异质性、揭示疾病分子机制、发现新细胞亚群等。其流程包括单细胞分离与捕获、细胞裂解、逆转录、cDNA 扩增和文库制备。不过，它也面临单细胞捕获效率和准确性、转录问题、通量不足、成本高昂等挑战。

3. 空间转录技术：常用的空间转录技术分为二代测序和成像测序。它克服了传统技术在脑缺血疾病研究中的空间局限性，能揭示缺血区域与周围组织的分子异质性，但在分辨率和检测数量上还有待提高。

二、常见数据分析流程和挑战

1. 归一化方法：归一化是 RNA - Seq 数据分析的关键步骤，旨在校正数据偏差，使基因表达比较更准确。常见方法有总计数（TC）、上四分位数（UQ）、中位数（Med）、DESeq、TMM、全四分位数（FQ）、每千碱基每百万映射 reads 数（RPKM）和每千碱基每百万映射片段数（FPKM）等，各有优缺点。

2. 降维分析：降维分析将高维数据转换为低维数据，以保留关键信息、提高数据处理效率和增强数据可解释性。常用方法如主成分分析（PCA）、非负矩阵分解（NMF）等存在不足，新兴的 STAMP 方法表现较好。

3. 空间分辨率：空间分辨率在空间转录组学技术中至关重要，它能区分和识别空间位置信息。虽然空间转录组学技术能可视化和量化转录组，但检测精度仍需提高。

4. 整合多组学：转录组学、单细胞 RNA 测序和空间转录组学各有局限性，多组学整合策略可有效弥补这些不足。通过蛋白质组学验证转录组数据、代谢组学关联基因表达与生化转化等，能更全面地了解脑缺血的病理过程。

三、脑缺血的病理生理特征和应用

1. 炎症反应：炎症反应是脑缺血后的常见病理状态。NDRG2、TNF - α、Clec7a、RIPK2、Anxa2、PVM、CAV1、TREM - 1 等分子在炎症反应中发挥重要作用，参与调节神经炎症，影响脑缺血的发生发展。

2. 血脑屏障损伤：血脑屏障（BBB）受损是急性脑缺血的重要病理特征。FSAP、NHE1、NMM II、Slc22a8、OPN 等分子与血脑屏障功能密切相关，它们的异常表达或功能改变会导致血脑屏障损伤，影响神经功能。

3. 线粒体功能障碍：线粒体不仅是细胞的能量工厂，还参与多种生物学过程。研究表明，线粒体移植对脑缺血有一定益处，相关研究揭示了线粒体在脑缺血中的作用机制，为治疗提供了新方向。

4. 氧化应激：脑缺血急性期，血管阻塞会导致神经元细胞钙超载和能量耗尽，再灌注后会诱导活性氧（ROS）积累，造成脑损伤。γ - GC、Nrf2 等物质可减轻氧化应激损伤，为脑缺血治疗提供了潜在途径。

5. MicroRNA 表达：miRNA 可调控基因表达。研究发现，脑缺血会影响循环 NK 细胞中 miRNA 的表达，如 miRNA - 451a 和 miRNA - 122 - 5p，还鉴定出神经元特异性 miR - 127，其与脑缺血预后相关。

6. 基因表达模式：脑缺血会导致基因表达模式改变。研究发现，脑缺血不仅影响损伤区域，还会诱导对侧半球基因响应，涉及炎症、免疫、应激、神经传递和代谢等多个方面。

7. 单细胞调节机制：单细胞转录组学技术揭示了脑缺血过程中复杂的分子调控网络。如 NK 细胞、NG2 胶质细胞、小胶质细胞、B 细胞等细胞在脑缺血中的变化及作用机制，为寻找新的治疗靶点提供了依据。

8. 细胞空间调节机制：空间转录组学技术可在原位测量基因表达，揭示组织的细胞类型结构和分子相互作用。研究发现，脑缺血后缺血核心和半暗带区域的小胶质细胞簇不同，还揭示了缺血半球的空间和转录模式重塑。

四、临床价值

1. 预后：研究发现，酒精暴露会加重脑缺血后的神经血管炎症反应，基因表达分析可用于诊断和预测脑缺血，外周免疫细胞基因表达与脑缺血疾病状态相关，可作为潜在生物标志物。

2. 药理学：相关研究为细胞恢复和神经保护提供了新的药理学策略，如舒血宁注射液可改善脑损伤，促进神经运动功能恢复。

3. 神经保护和修复：转录组学分析为脑缺血的神经保护策略提供了线索，线粒体干预可减轻缺血再灌注损伤，具有神经保护作用。

4. 细胞治疗：研究表明，细胞治疗可能有助于脑缺血后的恢复，如浸润的单核细胞来源的巨噬细胞（MDM）和 Olig2 - OL 祖细胞（OPCs）移植可促进神经再生和功能恢复。

5. 改善血脑屏障：抗 OPN 抗体治疗可加速脑缺血后血脑屏障功能的恢复，减少脑水肿和出血转化风险，OPN 可作为急性脑缺血的新治疗靶点。

研究结论表明，转录组学、单细胞测序和空间转录组学技术的整合，为深入了解脑缺血的病理过程提供了有力工具。这些技术揭示了脑缺血发生发展的关键分子机制，发现了众多潜在的生物标志物和治疗靶点。这不仅有助于推动脑缺血的早期诊断和个性化治疗，还为开发新的治疗方法提供了科学依据。未来，随着技术的不断进步和多组学研究的深入，有望实现从基础研究到临床应用的有效转化，为脑缺血患者带来新的希望，显著改善患者的预后和生活质量。