师晓萌/张晓辉与合作者绘制小鼠衰老小胶质细胞单细胞蛋白质组图谱

　　

2026年6月11日，药学院天然药物及仿生药物全国重点实验室师晓萌副研究员、张晓辉博士联合北京大学李程教授、中国医学科学院苏州系统医学研究所叶子璐研究员、军事医学科学院陈河兵研究员、北京大学于翔教授在Neuron杂志在线发表了题为“Single-cell proteome atlas of aging mouse microglia reveals subpopulation-specificphagoproteome”的研究论文。该研究利用前沿的单细胞蛋白质组学技术（Single cellproteomics,SCP)，大规模绘制了衰老过程中小鼠小胶质细胞的单细胞蛋白质组图谱，并创新性地提出了“吞噬蛋白质组（Phagoproteome）”的概念，揭示了小胶质细胞在单细胞水平上的蛋白质组和功能异质性。

小胶质细胞是大脑驻留的免疫细胞，它们在发育、稳态维持和神经退行性疾病中扮演着至关重要的角色。长期以来，科学家们主要通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）来研究小胶质细胞的异质性和动态变化。然而，mRNA水平的变化往往不能完全反映作为功能执行者的蛋白质的表达情况，也不能完全反映细胞功能状态。

单细胞蛋白质组学目前面临两大瓶颈：单细胞的蛋白总含量极低以及质谱分析通量有限。研究团队基于我院天然药物及仿生药物全国重点实验室质谱平台配备的Orbitrap Astral质谱仪，优化了一套无标记单细胞蛋白质组学流程。通过采用全自动溶液铺板、超微小体积（500uL）裂解以及持续长时间稳定数据质控等方法，成功建立了一套稳定、高效的无标记单细胞蛋白质组学方法。利用该流程，团队对来自年轻（2月龄）、中年（14月龄）和老年（24月龄）小鼠的海马和前额叶皮层的小胶质细胞进行了蛋白质组学分析，最终获得了3,085个高质量的单细胞数据，平均每个细胞鉴定到1,153种蛋白质。与小胶质细胞的单细胞转录组数据相比，SCP数据集具有更高的数据完整性和更低的细胞间差异，提示蛋白质组在单细胞水平上比转录组更稳定，部分原因可能源于转录爆发和转录后调控机制。

小胶质细胞的核心功能之一是吞噬,以清除神经元突触、细胞碎片和外源物质。研究团队发现SCP技术不仅能检测小胶质细胞自身表达的蛋白质，还捕获到它们从外界环境中“吃进来”的蛋白质。通过一套严格的过滤策略,结合scRNA-seq数据排除内源表达蛋白、推测外源蛋白质的可能细胞类型来源,团队鉴定出365个候选吞噬蛋白质组蛋白。这些蛋白高度富集突触结构和髓鞘成分，包括突触前标志物SYP、SNAP25、SYT1以及星形胶质细胞标志物GFAP，并且吞噬蛋白质组具有脑区和年龄差异性。团队使用免疫荧光实验进一步验证了这一发现：在前额叶皮层区域，SYT1蛋白定位在小胶质细胞的CD68?溶酶体内，且中年小鼠（14月龄）的吞噬水平显著高于年轻小鼠（2月龄）。

研究者随后基于内源表达蛋白质组的聚类分析鉴定出5个单细胞亚群（C1-C5），其中C5被注释为边界相关巨噬细胞（BAM），证明SCP可以区分相似的细胞类型。各个小胶质细胞亚群展现出独特的蛋白表达特征和功能富集。C3亚群高表达稳态标志物P2RY12和TMEM119，同时富集突触修剪相关蛋白（CX3CR1、C1QA、ITGAM）和有氧呼吸通路，提示其通过高能量消耗支持细胞运动性和突触修剪功能。C4亚群在老年小鼠中显著富集，高表达溶酶体标志物LAMP1和肽酶通路蛋白，呈现类似疾病相关小胶质细胞的分子特征，提示其与衰老相关的吞噬和清除能力增强。伪时间轨迹分析显示，小胶质细胞可能经历了从C3→C1→C4的状态转变，伴随稳态蛋白的下调和炎症/吞噬相关蛋白的上调。研究还发现，前额叶皮层的小胶质细胞表现出比海马区更高的吞噬活性，且这种差异在衰老过程中持续存在，这可能与前额叶皮层持续的突触重塑需求有关。

综上，该研究建立了规模较大的原代细胞的单细胞蛋白质组数据集，并创新性地提出了“吞噬蛋白质组”概念，为理解小胶质细胞和其他吞噬细胞在生理和病理条件下的功能状态提供了新方法和视角。研究也为理解不同脑区在认知功能和衰老过程中的差异提供了新线索。

该研究通讯作者为北京大学生命科学学院李程研究员、北京大学药学院师晓萌副研究员、中国医学科学院苏州系统医学研究所叶子璐研究员、军事医学科学院陈河兵研究员、北京大学生命科学学院于翔教授，共同第一作者为北京大学张浩然、魏昌盛、张广欣、北京大学药学院张晓辉博士、苏州系统医学所研究刘震博士、西北农林科技大学陈碧嘉、空军军医大学西京医院王龙腾博士。北京大学药学院王晶教授、天然药物及仿生药物全国重点实验室平台姜竺君、孙玉芳对该课题做出重要贡献，徐波、袁霞、王媛对该课题研究给予了帮助和指导，质谱平台及生物平台提供了重要的技术支持和数据支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.neuron.2026.05.014

作者简介：

师晓萌，副研究员，北京大学化学系本科毕业，美国波士顿学院化学博士，美国东北大学巴奈特生物化学分析中心博士后。目前任北京大学天然药物及仿生药物全国重点实验室质谱平台负责人；从事质谱相关研究近20年。主持质谱前沿技术相关的国家自然科学基金项目；宁波市重点研发计划暨揭榜挂帅、浙江省医药卫生科技计划、海河实验室揭榜挂帅重点计划等项目主要负责人。利用质谱技术辅助课题组发表多篇论文在Nature、Science、NCS子刊等国际一流期刊上。专业领域为基于质谱技术的蛋白质组学、氢氘交换质谱、生物大分子表征质谱、超微量多组学、质谱成像技术等。曾获第十届北京大学实验技术成果奖二等奖。项目团队在质谱研究领域深耕多年，立足质谱前沿技术，具有宝贵的顶尖技术研发经验。

张晓辉，博士，毕业于北京大学，现任职于北京大学天然药物及仿生药物全国重点实验室质谱平台。从事色谱-质谱联用技术相关研究已逾十年，积累了深厚的蛋白组学、代谢组学研究经验，尤其是新兴单细胞蛋白组学分析领域具备丰富的技术积累和项目经验，长期为校内外课题组提供组学分析技术支持。以组学分析技术支撑合作课题组在Nature、Neuron、Nat. Catal.、Nat. Commun.、JACS等国际顶级期刊发表多篇高水平论文。主要技术方向为蛋白质组学、单细胞蛋白质组学分析