单细胞转录组揭示肌萎缩侧索硬化症中神经免疫区室的表型异质性及治疗新靶点

本研究通过单细胞RNA测序技术解析了肌萎缩侧索硬化症(ALS)患者大脑和脊髓中神经免疫细胞的转录组特征。研究人员发现ALS患者存在以电子传递链失调为特征的未分化小胶质细胞(MG2)亚群显著富集，干扰素反应小胶质细胞(MG4)与疾病快速进展相关，同时揭示了T/NK细胞在中枢神经系统的浸润模式。该研究为开发针对特定小胶质细胞亚群的精准治疗策略提供了重要依据，论文发表于《Acta Neuropathologica》。

　　

肌萎缩侧索硬化症(ALS)是一种致命的神经退行性疾病，患者通常在症状出现后3-5年内因呼吸衰竭死亡。尽管已知神经炎症在ALS进展中起关键作用，但针对广谱抗炎治疗的临床试验屡屡失败，这凸显了我们对人类ALS中小胶质细胞异质性认知的不足。更令人困惑的是，在小鼠模型中显示保护作用的疾病相关小胶质细胞(DAM)表型，为何在人类研究中未能重现治疗效果？这些悬而未决的问题呼唤着更精确的人类小胶质细胞亚群解析。

哥伦比亚大学医学中心神经病学系的研究团队在《Acta Neuropathologica》发表的重要研究中，通过对9例ALS患者新鲜尸检样本的创新性分析，揭示了人类ALS特异的神经免疫景观。研究人员采用冷非酶解法分离活体CD45⁺免疫细胞，结合10x Genomics单细胞RNA测序和计算生物学方法，绘制了大脑运动皮层和脊髓中超过51,000个细胞的转录组图谱。研究特别关注了样本处理的一致性，采用Harmony算法进行批次校正，并通过随机森林分类器将数据映射到已建立的小胶质细胞亚群参考框架。

研究首先建立了ALS中小胶质细胞的群体结构。通过UMAP降维可视化，识别出9个具有独特标记基因的小胶质细胞亚群，包括两个新发现的亚群MG10和MG11。功能注释显示这些亚群具有非重叠的生物学特征：MG1和MG2属于稳态亚群，MG3与应激反应相关，MG4富含干扰素信号通路，而MG8则表现出线粒体电子传递链特征。

研究发现ALS患者存在显著的微环境依赖性小胶质细胞亚群重组。与对照组相比，ALS样本中MG2亚群（特征为电子传递链失调）成为主导表型，而此前在小鼠模型中显示保护作用的MG7（类似DAM表型）却显著减少。空间转录组分析证实，MG2标记基因STAB1在脊髓腹角（运动神经元死亡区域）表达与神经元标记MAP2呈负相关。值得注意的是，MG4（干扰素反应型）在疾病快速进展患者中富集，其标记基因BST2可能成为预后生物标志物。

在非小胶质免疫细胞方面，研究发现了T细胞和NK细胞在ALS中枢神经系统的特异性浸润。通过重新聚类分析，鉴定出19个外周免疫细胞群体，其中CD8⁺ T细胞和成熟NK细胞在ALS脊髓中显著增加。Azimuth参考图谱分析进一步揭示γδ T细胞在ALS中的富集，这为理解神经免疫互作提供了新视角。

研究还深入探讨了小胶质细胞亚群的功能转变。CHEA3转录因子预测发现SON基因是ALS相关转录变化的主要调控因子，免疫组化证实其在ALS皮质小胶质细胞中呈现双峰分布。代谢通路分析显示，MG8亚群（富含GPNMB等ALS生物标志物）在快速进展患者中特异性激活，提示线粒体功能障碍可能是疾病加速的关键因素。

这项研究的突破性发现在于揭示了人类ALS特异的神经免疫特征，挑战了现有动物模型的转化价值。特别值得注意的是，研究提出的MG2、MG4和MG8三个关键亚群，为开发精准免疫调节疗法提供了明确靶点。IL17RA（MG2）、BST2（MG4）和GPNMB（MG8）等可成药靶点的鉴定，将推动新一代ALS治疗策略的开发。研究建立的单细胞分析框架也为其他神经退行性疾病的免疫机制研究提供了范本。

该研究的临床意义在于：首先，解释了为何广谱抗炎治疗在ALS中失败——不同小胶质细胞亚群可能具有相反的功能；其次，提出了基于亚群特异标志物的患者分层方法；最后，为开发针对特定信号通路（如干扰素或IL-17通路）的精准治疗奠定了基础。这些发现将显著推动ALS个性化治疗时代的到来。