空间转录组学揭示慢性创伤性脑病独特分子标志：21基因特征助力活体诊断

针对慢性创伤性脑病（CTE）临床诊断困难与病理机制不明的问题，悉尼大学团队通过Visium空间转录组学技术，首次解析CTE病灶的分子特征。研究在4例人脑样本中鉴定出21个核心基因组成的病灶特异性表达谱，揭示星形胶质细胞激活、神经炎症、血脑屏障（BBB）功能异常及细胞外基质（ECM）重塑是CTE的核心病理机制。其中GFAP、APLNR、AQP1和TNC在全部病例中显著上调，经免疫组化（IHC）验证证实其蛋白表达与CTE病灶共定位。该发现为开发CTE活体诊断标志物提供全新靶点，论文发表于《Journal of Neuropathology》。

　　

慢性创伤性脑病（CTE）——这种因反复头部撞击引发的神经退行性疾病，至今仍是医学界的诊断困局。患者生前无法确诊，唯有死后脑组织病理检查能揭示其典型特征：脑沟深处血管周围神经元内异常磷酸化tau蛋白（p-tau）的聚集。更棘手的是，CTE病灶在脑内呈随机分布，早期病例可能仅存零星病变，导致传统分子研究如同大海捞针——若对脑组织进行整体分析，病灶信号会被大量正常组织稀释；若针对性提取病灶，又需预先破坏组织进行病理确认，陷入“先有鸡还是先有蛋”的死循环。

为突破这一困境，悉尼大学（University of Sydney）与皇家阿尔弗雷德医院（Royal Prince Alfred Hospital）的研究团队另辟蹊径，采用Visium空间转录组学技术，首次实现CTE病灶的分子“精准定位”。他们选取4例经尸检确诊的CTE患者脑组织（经伦理审查批准），对包含典型病灶的福尔马林固定石蜡包埋（FFPE）样本进行创新性分析：通过连续切片策略，首尾切片用AT8抗体标记p-tau以精确定位病灶，中间切片则用于空间转录组检测。利用Visium载玻片上55微米分辨率“捕获点”的条形码标记，将mRNA表达数据与病灶空间坐标精准对应，并结合单细胞RNAseq公共数据库进行细胞类型溯源。

核心方法

1. 样本处理：对CTE患者（n=4）及无神经病变的创伤性脑损伤对照（n=3）的额叶/颞叶皮层FFPE样本进行5微米连续切片。
2. 病灶定位：首尾切片采用AT8抗体免疫组化（IHC）确认p-tau阳性病灶位置。
3. 空间转录组：中间切片经Visium CytAssist平台捕获全转录组数据，以相邻p-tau染色切片为坐标参照。
4. 数据分析：
   • 差异表达分析：对比病灶区（AT8阳性）与相邻同皮层正常区（AT8阴性）的基因表达（阈值：FC>2, FDR<0.05）。
   • 功能富集：对差异基因进行基因本体（GO）和蛋白互作（STRING）分析。
5. 验证实验：对关键靶点GFAP、AQP1进行8例CTE及3例对照脑组织的IHC验证。

突破性发现

1. 皮层分层定位揭示病灶特异性信号

空间转录组聚类显示基因表达模式与皮层分层（L1-L6）高度吻合，但病灶区未形成独立簇群。与正常参考脑相比，CTE样本的第一皮层（L1）显著扩张，暗示其与病灶形成相关（图2C-D）。

2. 21基因特征锁定病灶核心通路

病灶区显著上调32-130个基因（图3B），其中21个在≥2例病例中共同上调（图4A），形成CTE特征性表达谱。GO分析显示这些基因高度富集于细胞外基质（ECM）重构（如胶原结合、基质粘附）（图3C）。STRING蛋白互作网络进一步揭示9个基因（如TNC、ITGB4）形成ECM-受体相互作用枢纽（图4E）。

3. 星形胶质细胞驱动CTE病理进程

关键发现：

• 4个基因（GFAP、APLNR、AQP1、TNC）在所有病灶中一致上调（图4C）。
• 21个基因中18个在星形胶质细胞高表达（表1），提示其核心作用。
• IGF1与RELN是区别于阿尔茨海默病（AD）的特征基因：IGF1在CTE病灶上调而在AD下调；RELN在CTE的L1层特异性高表达（图S3）。
• AQP1阳性星形胶质细胞甚至出现在p-tau阴性脑沟区（图5），提示其可能作为早期病变标志物。

4. 蛋白验证确立诊断靶点价值

IHC证实：

• 7/8例CTE患者病灶区GFAP、AQP1蛋白表达显著升高（图5-6）。
• AQP1阳性星形胶质细胞在脑沟深处富集，与p-tau分布部分重叠（图5）。
• GFAP染色显示反应性星形胶质细胞增生及界面胶质瘢痕（IAS）样改变（图6B-C）。

重塑CTE认知的里程碑

本研究首次绘制CTE病灶的空间分子图谱，揭示21基因特征信号的核心价值：

1. 机制突破：证明星形胶质细胞活化（而非神经元）主导CTE早期病理，通过ECM重构、血脑屏障破坏及神经炎症推动疾病进展。
2. 诊断革新：发现AQP1等靶点可在p-tau沉积前出现，为活体诊断提供全新标志物。
3. **