单细胞糖组与转录组联合分析揭示人iPSC来源神经元亚群的糖链特征及其在细胞治疗中的应用价值

本研究通过创新的单细胞糖组与转录组联合测序技术(scGR-seq)，解决了人诱导多能干细胞(iPSC)来源神经元异质性导致的疾病建模和细胞治疗难题。研究人员鉴定出成熟神经元、未成熟神经元、未分化神经祖细胞(undiffNPCs)和间充质细胞(MCs)四个亚群，发现undiffNPCs高表达α1,3-岩藻糖基化修饰，MCs特异性表达多聚乳糖胺(poly-LacNAc)结构。该研究为iPSC衍生神经元的质控提供了新型糖链标记物，对再生医学的安全应用具有重要意义。

　　

在再生医学领域，人类诱导多能干细胞(iPSC)分化的神经元为帕金森病等神经系统疾病提供了潜在治疗来源。然而，这些细胞群体存在严重的异质性问题——包含不同分化阶段的神经元、顽固性未分化细胞以及异常分化的间充质细胞。这种"细胞身份混乱"不仅影响疾病模型的可靠性，更可能导致移植后肿瘤形成等安全隐患。传统检测方法难以精准识别这些混杂细胞，而细胞表面糖链作为天然的"分子条形码"，为解决这一难题提供了新思路。

日本国立产业技术综合研究所(AIST)的Haruki Odaka和Hiroaki Tateno团队在《Stem Cell Reports》发表的研究中，运用自主开发的单细胞糖组与转录组联合测序技术(scGR-seq)，首次绘制了iPSC衍生神经元的糖链-基因表达图谱。这项技术突破性地实现了单个细胞中39种 lectin(凝集素)结合特征与全转录组的同步检测，如同为每个细胞拍摄"糖衣身份证"和"基因身份证"的合影。

关键技术包括：1) scGR-seq平台同步获取单细胞糖组和转录组数据；2) 加权最近邻分析(WNN)整合多组学数据；3) Monocle 3进行伪时序分析追踪分化轨迹；4) 流式细胞术验证PDGFRB⁺间充质样细胞群体。研究使用iPSC分化获得的神经祖细胞(NPCs)和神经元作为样本队列。

单细胞多组学解析神经分化谱系

通过分析iPSC、NPC和神经元三个发育阶段，研究确认核心岩藻糖基化 lectin rPhoSL在神经元中特异性高表达，与大脑富集核心岩藻糖基化的报道一致。亚群分析揭示神经元培养物中存在两个非神经群体：高表达干细胞标志物和癌症相关lncRNA的undiffNPCs，以及表达间充质标志物的MCs。

糖链标记物的发现与验证

undiffNPCs表现出独特的α1,3-岩藻糖基化特征，与 lectin rAAL结合显著增强，免疫荧光证实其表面富集Lewis X抗原(α1,3-岩藻糖基化糖链)。MCs则特异性高表达多聚乳糖胺结构，与 lectin rLSLN结合增强，相关糖基转移酶B4GALT1和B3GNT2表达上调。流式细胞术证实PDGFRB^high NPCs亚群具有更强的rLSLN结合能力，这类细胞呈现扁平间充质形态，与神经上皮样NPCs形成鲜明对比。

分化轨迹与调控网络

伪时序分析发现两条独立路径：神经谱系(nNPC→undiffNPC→imNeuron→mNeuron)和间充质谱系(nNPC→mNPC→MC)。值得注意的是，间充质转化伴随多聚乳糖胺合成通路的激活，这与癌症上皮-间充质转化(EMT)的糖链重塑现象相似。

该研究不仅建立了iPSC衍生神经元的糖链身份数据库，更提供了实用的质控工具：rAAL lectin或抗Lewis X抗体可捕获undiffNPCs，而rLSLN能特异性识别间充质化细胞。这些发现为干细胞治疗的安全应用扫除了重要障碍——就像为细胞产品安装了"糖链安检仪"，可有效拦截可能导致肿瘤的"危险分子"。从更广阔的视角看，这项研究开创了"糖链组学-转录组学"联合分析的新范式，为复杂生物系统的解码提供了全新维度。