"跨脑区时空图谱揭示：miRNA-mRNA昼夜节律网络在皮层-纹状体-下丘脑中的细胞特异性调控机制"

本研究通过高通量测序技术解析了雄性C57BL/6J小鼠大脑皮层、纹状体和下丘脑中mRNA/miRNA的昼夜节律（circadian）、超昼夜（ultradian）和亚昼夜（infradian）振荡特征，首次构建了包含12,000+节律基因的交互式数据库（https://www.ghasemloulab.ca/chronoCNS），发现静息少突胶质细胞（oligodendrocytes）具有最强节律特征，并通过免疫荧光验证了IL-33/AdipoR2等关键靶点的时空表达模式，为神经退行性疾病（如帕金森病）的昼夜干预提供新靶点。

　　

在生命活动中，生物钟如同精密编排的交响乐指挥家，协调着基因表达的昼夜（circadian，24小时）、超昼夜（ultradian，<24小时）和亚昼夜（infradian，>24小时）节律。尽管科学家已发现约40%的小鼠蛋白编码基因具有器官特异性节律，但中枢神经系统（CNS）中仅有不足6%的基因被证实存在节律性表达，且其细胞类型特异性调控机制仍是未解之谜。更关键的是，作为重要转录后调控因子的microRNA（miRNA）如何参与这一过程，以及不同脑区（如掌管记忆的皮层、调控运动的纹状体和维持稳态的下丘脑）如何通过差异节律实现功能特化，成为神经生物学领域亟待破解的科学问题。

针对这一挑战，Queen's大学Nader Ghasemlou团队在《Communications Biology》发表重要研究。研究人员利用雄性C57BL/6J小鼠的皮层、纹状体、下丘脑和肝脏（对照）组织，通过每3小时采样（持续36小时）的高通量测序获得时空转录组数据，结合MetaCycle、RAIN和ARSER算法进行节律分析，采用WGCNA构建基因共表达网络，并通过免疫荧光显微技术验证关键靶点的细胞定位及时空表达特征。

结果部分

Distinct biological rhythms of mRNAs and miRNAs across CNS sites
研究发现皮层拥有CNS中最多的节律mRNA（12,000+），而肝脏则以24小时周期基因为主。通过RAIN算法检测到非24小时周期基因数量较传统MetaCycle算法增加5倍，提示CNS存在更复杂的超/亚昼夜调控。核心生物钟基因Bhlhe41在所有脑区均呈现节律性，而Adrb1仅皮层特异性振荡。令人惊讶的是，仅发现8个miRNA（如miR-5099、miR-124a-2）具有显著节律性，但其相位分布呈现独特的双峰模式（ZT6-12和18-24）。

Specificity of cycling genes in three CNS structures
仅有1332个mRNA和1个miRNA（miR-5099）在所有组织中节律表达。脑区共享的781个mRNA表现出显著参数差异：3955个基因存在≥6小时的相位差，其中1131个呈现反相位（antiphase）振荡。转录因子E2f3的富集提示其可能通过CRY2/E2F家族调控区域特异性节律。

Cycling genes are linked to human chronotype genetics
107个皮层节律基因与人类睡眠时型（chronotype）相关基因重叠，其中Rbm6、Fbxl4等5个基因在全部脑区保守，可能解释小鼠品系间的行为差异。

Shared and unique pathways across the CNS and period categories
24小时周期基因显著富集于自噬和内质网应激通路，而12小时周期基因在皮层纹状体中与Hippo信号传导相关。少突胶质细胞相关通路（如髓鞘形成）在28-30小时周期模块中特异性出现，暗示长周期节律对神经胶质功能的特殊调控。

Identification of mRNA-miRNA pairs and pathways across the CNS
发现5618对皮层mRNA-miRNA负相关调控对，其中50%存在miRNA先导表达模式（delay≤0），远高于肝脏（25%）。通过multiMiR数据库比对，仅少数互作对（如miR-342-Tgfbr2）被既往实验验证，凸显该领域研究空白。

Cycling genes contribute to neuroimmune interactions in the healthy state
WGCNA分析显示，皮层grey60模块同时包含少突胶质细胞（Olig2）、星形胶质细胞（GFAP）和内皮细胞标记基因，其枢纽基因转铁蛋白（Transferrin）呈现典型的昼夜振荡（ZT14达峰）。免疫荧光证实IL-33在少突胶质细胞中的节律性表达，而AdipoR2在下丘脑神经元中特异性振荡，揭示神经-免疫互作的时空编码机制。

结论与展望
该研究首次绘制了CNS多脑区节律基因图谱，揭示：（1）少突胶质细胞是CNS最强的节律执行者；（2）miRNA-mRNA调控网络存在脑区特异性分层；（3）超/亚昼夜节律可能通过Hippo和RIG-1等通路参与神经可塑性调控。创建的交互式数据库为帕金森病（LRRK2节律）、脑卒中（AdipoR2振荡）等疾病的时辰治疗提供新视角。未来需在雌性模型、单细胞测序和更长采样周期（≥48小时）方向深化研究，以全面解析生物钟的神经生物学基础。