单细胞与空间转录组揭示健康衰老及犬认知功能障碍中小胶质细胞功能重塑

本研究针对犬类自发产生阿尔茨海默病(AD)样病理的独特优势，通过单细胞核RNA测序(snRNA-seq)和空间转录组测序(Stereo-seq)技术，首次构建了多区域犬脑衰老图谱及认知功能障碍(CCD)病理图谱。研究发现小胶质细胞在衰老过程中出现MBP+新型亚型，揭示ZEB1转录因子对少突胶质细胞分化的调控作用，并证实CCD中C1QA-CRT互作介导突触丢失的分子机制。该研究为理解神经退行性疾病提供了跨物种视角，相关成果发表于《National Science Review》。

　　

随着全球老龄化加剧，阿尔茨海默病(AD)等神经退行性疾病的发病机制研究成为生物医学领域的重要课题。犬类因其自发产生AD样病理、与人类高度保守的脑细胞类型以及加速衰老的特性，成为研究衰老与认知障碍的理想模型。然而，健康衰老过程中犬脑细胞的分子功能变化规律，以及犬认知功能障碍(CCD)的细胞分子机制尚未系统阐明。

为解决这一科学问题，Siyu Yang、Qiqi Jing等研究人员在《National Science Review》发表了题为"Microglial function alterations during healthy ageing and canine cognitive dysfunction revealed by single-nucleus and spatial transcriptomics"的研究论文。该研究通过构建首个多区域犬脑单细胞核与空间转录组图谱，揭示了小胶质细胞在衰老和CCD中的关键作用。

研究主要采用单细胞核RNA测序(snRNA-seq)分析6只健康犬(新生、成年、老年各2只)的3个脑区，以及空间转录组测序(Stereo-seq)分析1只CCD犬和2只对照犬的4个脑区。通过计算生物学方法鉴定细胞类型特异性衰老特征，并利用免疫荧光、Western blot和体外共培养实验验证关键发现。

主要研究结果

多区域单细胞及空间转录组解析犬脑结构

研究整合32个snRNA-seq样本和12个Stereo-seq样本，获得287,059个高质量细胞核数据。空间转录组成功定位了兴奋性神经元(ExN)、抑制性神经元(InN)、齿状回颗粒细胞(DG GC)等主要细胞类型在脑区的分布特征。

健康衰老过程中犬脑细胞的全面变化

分析发现少突胶质细胞和小胶质细胞在衰老过程中转录组变化最为显著。鉴定出3,290个跨细胞类型下调基因(主要涉及突触功能)和2,237个上调基因(涉及MHC II复合物等)。特别值得注意的是，小胶质细胞中AD风险基因表达显著增加。

小胶质细胞和星形胶质细胞中新型髓鞘合成亚型

研究发现Micro MBP+和Astro MBP+两种新型亚型，其表达髓鞘碱性蛋白(MBP)等髓鞘相关基因，且比例随年龄增长而升高。通过双联体评分分析和免疫荧光验证，确认这些亚型并非技术假象，提示神经胶质细胞可能具有超出传统认知的功能多样性。

ZEB1调控少突胶质细胞分化的新机制

伪时序分析揭示ZEB1在少突胶质细胞前体细胞(OPC)早期分化阶段高表达，其靶基因网络调控SOX10等关键分化因子。通过构建Zeb1基因敲除和过表达小鼠模型，证实ZEB1正向调控髓鞘蛋白MBP的表达水平。

CCD中C1QA-CRT互作介导突触丢失

比较CCD与非CCD样本发现，CCD小胶质细胞呈现从稳态向炎症状态的转变，伴随补体成分C1QA/C1QB/C1QC表达升高。空间转录组显示C1q+小胶质细胞与CRT+DG GC空间相邻，Western blot验证CCD脑中SYN1表达降低。体外实验证实C1qa过表达小胶质细胞与Crt过表达神经元共培养可协同降低突触蛋白表达。

衰老与CCD的微环境差异

比较分析发现，正常衰老小胶质细胞中APP代谢相关基因(如SORL1)表达上调，而CCD样本中这些基因表达下调，提示CCD可能存在APP清除功能障碍。

结论与意义

该研究通过多组学方法系统描绘了犬脑衰老和CCD的细胞分子特征，主要取得三方面突破：首次发现胶质细胞中MBP+亚型可能参与髓鞘合成；揭示ZEB1调控少突胶质细胞分化的新机制；阐明CCD中C1q-CRT互作介导突触丢失的病理过程。这些发现为理解AD等神经退行性疾病提供了新视角，特别是补体系统异常与突触丢失的关联机制，为开发靶向治疗策略提供了潜在靶点。建立的交互式数据库资源(http://segtp.jxau.edu.cn/dbca)将促进相关领域的深入研究。