成年秀丽隐杆线虫(C. elegans)胶质细胞跨性别单核RNA测序揭示分子异质性与性别二态性

【编辑推荐】Purice团队通过单核RNA测序(snRNA-seq)首次绘制了成年C. elegans所有神经外胚层胶质细胞的跨性别转录图谱(wormglia.org)，结合定制计算分析揭示了胶质细胞异质性、分子标记物和性别二态性特征。该研究填补了现有连接组和神经元数据集空白，为后生动物完整神经系统的分子拓扑结构提供了新见解，特别揭示了鞘(sheath, sh)与套(socket, so)两类胶质细胞的分子特征差异及神经肽释放的独特机制。

　　

【研究背景】
神经系统由神经元和胶质细胞两大细胞类型组成，其中胶质细胞占人脑体积的50%。尽管胶质细胞在感觉感知、学习记忆等行为中起关键调节作用，其分子异质性和性别二态性研究仍存在重大空白。秀丽隐杆线虫(C. elegans)因其完整的神经连接图谱和302个神经元/56个胶质细胞(雌雄同体)的明确解剖结构，成为研究胶质细胞分子特征的理想模型。

【研究方法】
研究团队采用单核RNA测序(snRNA-seq)技术，通过pan-glial标记基因mir-228启动子驱动的核定位RFP报告基因(P_mir-228
:NLS:RFP)分选胶质细胞核。对野生型雌雄同体和him-5突变体雄性成虫进行测序，获得31,410个RFP⁺
核转录组数据。创新开发PairDEx(成对差异表达分析)算法鉴定簇特异性基因(CEGs)，并通过机器学习模型定义pan-glial特征基因集。

【主要发现】

1. 胶质细胞分子图谱
   通过批校正和重聚类获得32个胶质细胞簇，包括1个雌雄同体特异性、9个雄性特异性和22个性别共享簇。验证了已知的AMsh/PHsh胶质细胞标记基因(spig-9, vap-1等)，并发现新型标记物如srlf-2。首次鉴定出雄性特异性SPso胶质细胞表达spig-14和ttr-59，与已知标记物CAT-2共定位。

2. pan-glial分子特征
   定义包含col-34、gst-28等6个基因的核心pan-glial特征集，能准确区分胶质与非胶质细胞(准确率>95%)。值得注意的是，没有单个基因在所有胶质细胞中普遍表达，提示胶质细胞身份由组合基因模式决定。

3. 鞘与套胶质细胞的分子差异
   层次聚类显示胶质细胞按功能而非解剖位置分为鞘(sh)和套(so)两大类。鞘细胞高表达kcc-3、spig-1等转运蛋白，而套细胞特异性表达zipt-2.2、col-186等表皮相关基因。双转基因动物证实ttr-43(鞘)与zipt-2.2(套)报告基因表达互不重叠。

4. 性别二态性新机制
   发现解剖结构相同的PHsh胶质细胞在转录水平存在性别差异：雌雄同体富集vap-1^-
   亚簇，而雄性形成独立簇(簇27)。性别决定因子tra-2在雄性OLso胶质细胞中异常高表达，提示"雌性化"调控机制。

5. 神经肽加工机制
   胶质细胞虽表达多种神经肽，但缺乏神经元特有的UNC-31/CAPS释放机制，而是通过bli-4等非经典转化酶加工。这一发现在衰老和ER应激条件下保持稳定，表明胶质细胞采用独特的神经肽调控通路。

【研究意义】
该研究首次在单细胞分辨率绘制了后生动物完整神经系统的胶质细胞转录图谱，为理解胶质细胞多样性提供了分子基础。发现的pan-glial和类特异性标记基因为功能研究提供新工具，揭示的性别二态性机制为神经系统疾病性别偏倚提供解释框架。数据资源已通过wormglia.org平台共享，与现有神经元数据集共同构建了C. elegans神经系统的完整分子图谱。