阿尔茨海默病进展中内嗅皮层-海马环路GFAP阳性神经元的时空特征及其能量代谢调控机制

本研究针对阿尔茨海默病(AD)中内嗅皮层-海马(EC-HPC)环路神经元易损性机制不明的关键问题，通过Smart-seq2单细胞测序技术系统解析了AD模型小鼠不同病理阶段神经元亚群的动态变化。研究发现GFAP阳性神经元作为新型疾病相关神经元亚群，伴随AD进展呈现胶质-干细胞样特征转化，同时揭示非编码RNA Meg3通过调控线粒体能量代谢参与EC星状神经元丢失。该成果为AD早期诊断提供了新型细胞标志物，并为靶向神经元可塑性干预策略奠定理论基础。

　　

阿尔茨海默病(AD)作为最常见的神经退行性疾病，其典型病理特征包括β淀粉样蛋白(Aβ)沉积和神经元丢失，其中内嗅皮层-海马(EC-HPC)神经环路因其在记忆形成中的关键作用而成为早期受累区域。尽管已知该区域神经元存在选择性易损性，但不同神经元亚型在AD进展中的动态变化规律及其分子机制仍是未解之谜。更引人深思的是，传统观点认为胶质纤维酸性蛋白(GFAP)是星形胶质细胞的标志物，但近期研究发现某些神经元在病理状态下可能获得异常GFAP表达，这种"身份混淆"现象与AD进展的关联亟待阐明。

中国科学技术大学等机构的研究团队通过高精度单细胞测序技术，首次系统描绘了EC-HPC环路神经元在AD进展中的时空动态图谱，发现GFAP阳性神经元这一特殊亚群在AD病理中的关键作用。相关成果发表于《Protein & Cell》，为理解AD的细胞分子机制提供了新视角。

研究采用Smart-seq2单核RNA测序技术，对6/9/12月龄APP/PS1转基因小鼠和野生型(WT)小鼠的EC、CA1、CA3区域神经元进行全转录组分析，共获得1,663个高质量神经元数据。通过加权基因共表达网络分析(WGCNA)和伪时序分析等计算方法，解析了不同病理阶段的分子特征变化。

In-depth single-cell interrogation of EC-HPC circuit neurons
研究鉴定出9种神经元亚群，包括两个EC锥体神经元亚型(EC-Pyr 1/2)、EC星状神经元(EC-stellate)、3个海马锥体神经元亚型(HIPP-Pyr 1-3)、颗粒神经元(HIPP-Granule)、迁移中间神经元(Migrating Int)和GFAP阳性神经元(Gfap+ neurons)。其中Gfap+ neurons同时表达胶质标志物(Aqp4, Olig1)和干细胞标志物(Hopx, Sox9)，提示其具有跨谱系特征。

Analysis of spatiotemporal differences
差异表达分析显示，AD早期(6月)EC区域基因变化最显著，随病程进展差异基因数减少。EC-stellate和Gfap+ neurons是变化最显著的疾病相关神经元。通路分析发现线粒体呼吸功能在EC-stellate中持续抑制，而在Gfap+ neurons中活性氧(ROS)通路显著激活。免疫荧光证实EC-stellate细胞(LEF1⁺
)随AD进展逐渐减少，而Gfap⁺
神经元数量显著增加。

Aberrant expression of Meg3
WGCNA鉴定出与AD进展最相关的绿色模块，其枢纽基因母系表达基因3(Meg3)在EC-stellate中异常高表达。Meg3负调控线粒体氧化磷酸化(MCODE1)和核糖体(MCODE2)相关基因，导致能量代谢障碍。qPCR验证Meg3在AD早期(6月)显著上调，随病程进展表达模式发生动态变化。

Glia- and stem cell-like features in Gfap+ neurons
伪时序分析将Gfap+ neurons分为3种状态：State1(WT为主)保持神经元特性，State3(AD为主)激活胶质分化通路。State3神经元高表达疾病相关小胶质细胞(DAM)标志物(ApoE, Ctsb等)，且突触功能相关基因(Syt1, Snap25)显著下调。

Increase in neuronal GFAP expression
在APP23转基因小鼠和AD患者脑样本中均验证到GFAP⁺
神经元增加的现象。人脑单细胞数据显示AD患者内嗅皮层GFAP⁺
神经元比例高达38%，显著高于对照组(2%)。

该研究首次揭示GFAP阳性神经元作为AD特异性的疾病相关神经元亚群，其数量增加与神经元特性丢失、胶质-干细胞特征获得密切相关。同时阐明Meg3介导的能量代谢紊乱是EC-stellate细胞丢失的关键机制。这些发现不仅解释了EC-HPC环路在AD中的选择性易损性，还为开发基于神经元亚型特异性干预的策略提供了理论依据。特别值得注意的是，GFAP在神经元中的异常表达可能成为AD进展的新型生物标志物，其动态变化规律为疾病分期提供了细胞层面的判断依据。研究提出的"神经元-胶质转化"假说，为理解神经退行性疾病中细胞身份重编程开辟了新思路。