星形胶质细胞与神经元表面共享蛋白质组的分子基础及其在多细胞互作中的关键作用

这篇研究通过细胞表面展示的辣根过氧化物酶（HRP）标记技术，首次系统解析了纹状体中星形胶质细胞（Astrocyte）与神经元（Neuron）的细胞表面蛋白质组（CSPs），揭示了二者共享的界面蛋白质组（CS SPAN）包含细胞外基质蛋白、黏附分子、转运体和GPCRs等关键分子。研究不仅建立了神经胶质互作的分子框架，还发现亨廷顿病（HD）模型中CS SPAN的异常变化可通过锌指蛋白（ZFP）转录抑制得到逆转，为神经退行性疾病的干预提供了新靶点。

　　

星形胶质细胞与神经元表面共享蛋白质组的分子解析

研究背景与目标

大脑由高度协调的细胞网络构成，其中星形胶质细胞和神经元的互作是神经环路功能的核心。尽管超微结构研究揭示了二者的紧密空间关系，但其分子界面仍属未知。本研究利用细胞表面辣根过氧化物酶（HRP）原位标记技术，首次绘制了纹状体中两类细胞的表面蛋白质组图谱（CSPs），并定义了共享界面蛋白质组（CS SPAN），为理解神经胶质互作机制提供了分子蓝图。

技术突破与验证

研究团队优化了基于HRP的邻近生物素标记系统，通过AAV载体在星形胶质细胞（GfaABC₁
D启动子）和神经元（hSyn启动子）中特异性表达跨膜结构域（PDGFR-β TMD）锚定的HRP。实验证实：

1. HRP标记覆盖星形胶质细胞的终足、细突触等全区域，与Lck-GFP标记的形态完全重合（Pearson系数>0.9）；
2. 神经元HRP标记同时出现在胞体、树突及投射纤维（如苍白球、黑质），DARPP32共定位验证了标记完整性；
3. 内皮细胞HRP对照实验显示仅5%-6%蛋白重叠，证实技术的细胞特异性。

CS SPAN的组成与功能

质谱分析鉴定出688个星形胶质细胞CSPs和584个神经元CSPs，其中561个构成CS SPAN。关键发现包括：

• 分子类别：CS SPAN富含细胞外基质蛋白（如Aggrecan、Brevican）、黏附分子（如Bai1-3、Nrcam）、离子通道（Slc4a4）和孤儿GPCRs（Gpr37l1）；
• 空间特征：PLA实验证实Ttyh1、Atp1a2等蛋白同时邻近两类细胞（间距<40 nm）；
• 动态调控：KEGG分析显示CS SPAN显著富集于突触组装、神经活性配体-受体互作等通路。

多细胞互作图谱

通过整合单细胞转录组数据（108,000个纹状体细胞），研究构建了CSPs的细胞来源图谱：

• 星形胶质细胞CSPs主要映射至少突胶质前体细胞（OPCs）和神经元，印证其对髓鞘的调控；
• 神经元CSPs更多映射至神经元自身，反映突触特异性；
• 免疫荧光验证了星形胶质细胞与周细胞、内皮细胞的物理接触，揭示其血管调控潜能。

亨廷顿病中的异常与干预

在R6/2亨廷顿病模型中：

• 病理改变：发现58个星形胶质细胞CS DEPs和142个神经元CS DEPs下调，涉及细胞外基质重构（如Hyaluronan降解酶）；
• 治疗响应：神经元特异性锌指蛋白（N-ZFP）降低mHTT聚集后，80%的CS DEPs异常被逆转（如Slc1a2恢复至正常水平）；
• 临床关联：CS SPAN成员与阿尔茨海默病、自闭症等神经系统疾病相关分子高度重叠。

研究意义与展望

该研究首次在分子尺度定义了神经胶质互作界面，揭示了CS SPAN在生理和病理状态下的动态变化。特别值得注意的是，靶向神经元mHTT的干预能跨细胞调控星形胶质表面蛋白，为神经退行性疾病的"非自主性"病理机制提供了新解释。未来研究可进一步探索CS SPAN中孤儿GPCRs的配体识别及其在神经环路精准调控中的作用。