端粒缩短的衰老小胶质细胞分泌可溶性DLK1诱导衰老相关髓鞘形成减少及神经元功能障碍

《Neuron》：Senescent microglia with shortened telomeres secrete soluble DLK1 to induce aging-associated hypomyelination and neuronal dysfunction

　　

衰老是神经退行性疾病的主要风险因素，但生理衰老与脑功能障碍之间的机制尚不清楚。研究人员探究了端粒缩短小鼠的脑，观察到脂褐素沉积（lipofuscinosis）、髓鞘形成减少（hypomyelination）、小胶质细胞萎缩及认知缺陷。单核RNA测序（snRNA-seq）揭示胶质细胞衰老加速及小胶质细胞衰老通路升高。在人诱导多能干细胞（iPSC）来源小胶质细胞的衰老模型中，δ样非经典Notch配体1（DLK1）被鉴定为一种新型衰老相关配体。可溶性DLK1（sDLK1）在端粒缩短及自然衰老小鼠的脑脊液（CSF）中升高，且小胶质细胞耗竭可消除该升高。体内sDLK1升高导致髓鞘形成减少并阻断少突胶质细胞谱系进展，证实过量sDLK1的有害性。在人iPSC系统中，sDLK1损害少突胶质细胞成熟并改变兴奋性神经元的钙信号。这些发现确定小胶质细胞衰老是端粒缩短的核心后果，并揭示sDLK1作为一种小胶质细胞衍生的衰老配体，驱动衰老中少突胶质细胞及神经元功能障碍。

研究背景：衰老是阿尔茨海默病等神经退行性疾病的最关键风险因素，老年痴呆患者常表现混合性脑病理。病理性脑衰老由遗传与环境因素加速，其机制未明。端粒作为生物年龄关键指标，随复制衰老逐渐缩短；胶质细胞（尤其是小胶质细胞）在中枢神经损伤应激下反复增殖，承受复制压力，端粒缩短可诱发细胞周期停滞与复制性衰老。既往研究提示胶质衰老推动脑从正常老化向病理老化转化，但小胶质细胞衰老如何通过分泌谱影响其他脑细胞类型仍未知。本研究以端粒缩短为切入点，结合小鼠模型与人iPSC衍生系统，界定小胶质细胞衰老在病理脑衰老中的因果作用及效应分子。论文发表于《Neuron》。

主要关键技术方法：构建三代Terc^?/?（端粒酶RNA组分敲除）小鼠模型模拟端粒缩短；采集自然衰老小鼠（27月龄）与年轻对照（3月龄）脑脊液与血浆；分离海马组织进行单核RNA测序（snRNA-seq）并注释细胞类型、计算细胞类型特异老化时钟预测生物龄；利用人iPSC经TERT抑制剂BIBR1532预处理联合依托泊苷（etoposide）建立小胶质细胞衰老模型；通过PLX3397耗竭小鼠小胶质细胞验证脑脊液sDLK1来源；采用上下文恐惧条件反射（CFC）与新物体识别（NOR）评估认知；Western blot检测髓鞘碱性蛋白（MBP）；酶联免疫吸附测定（ELISA）定量CSF/血浆DLK1；CellChat推断小胶质细胞-神经元互作；SCENIC预测转录因子调控；Imaris三维重构量化小胶质细胞形态。

研究结果：

Telomere shortening exacerbates brain lipofuscinosis：利用Terc^?/? G3小鼠皮层TelC-Cy3荧光原位杂交显示端粒荧光强度降低约10.9%（Iba1⁺细胞降11.3%）；初级体感皮层自身荧光量化表明脂褐素颗粒数增44.8%、面积增14.9%、强度增7.3%，证实端粒缩短加剧脑脂褐素沉积这一衰老标志。

Telomere shortening accelerates aging in glial cells：海马snRNA-seq（72,330核）显示小胶质细胞、星形胶质细胞、少突胶质细胞共有31个差异表达基因（DEGs），富集于细胞生长与形态调节；植入Brunet组细胞类型特异老化时钟后，三类胶质细胞预测生物龄均提前，小胶质细胞加速2.43月最显著，证明端粒缩短选择性加速胶质细胞生物 ageing。

Telomere shortening enhances senescence signaling in microglia and astrocytes and disrupts normal oligodendrocyte functions：小胶质细胞再聚类见MG3亚群富集并高表达复制应激生存与衰老基因（Pold4、Cdk5r1），IPA提示衰老通路与IL-15等SASP因子上调，SCENIC预测CUX1、ATF6调控；海马小胶质细胞体体积、总突起长度、分支点显著减少（丘脑不变），呈萎缩表型。星形胶质细胞AS2/AS6亚群富集SenMayo衰老集。少突胶质细胞由OG2向OG1偏移，ANLN、SPOCK3、APOD下调，伪时间分析示成熟轨迹异常，皮质MBP蛋白减少；但少突细胞本身未广泛激活经典衰老程序，功能障碍源于次级应激。

Telomere shortening alters microglia-neuron interactions and induces cognitive deficits：CellChat分析发现MG3独有13条至神经元通路（含CD47“don't eat me”突触信号）；CFC测试期G3小鼠冻结时间显著少于野生型，NOR测试期丧失新物偏好，证明端粒缩短损害情境与陈述性记忆，类似年龄相关认知下降。

sDLK1 is identified as a novel senescence- and aging-associated microglial ligand：人iPSC小胶质细胞经BIBR1532+etoposide后p16/p21共升，DLK1 mRNA在衰老小胶质细胞高表达；小鼠snRNA中Iba1⁺细胞DLK1⁺比例在G3升高；PLX3397耗竭小胶质细胞后G3小鼠CSF与血浆DLK1（sDLK1）回落至野生型水平，证明sDLK1源于衰老小胶质细胞。自然衰老（27月）小鼠CSF/血浆sDLK1高于年轻鼠；人脑杏仁核、扣带回、顶叶、颞叶DLK1随龄上调。体内过表达sDLK1致髓鞘减少、少突谱系阻滞；人iPSC少突细胞经sDLK1处理成熟受阻、OPC扩增；人iPSC兴奋性神经元钙信号异常。

讨论与结论翻译：研究人员确定端粒缩短引发的小胶质细胞复制性衰老是病理脑衰老的核心事件，鉴定sDLK1为小胶质细胞衍生衰老配体，其通过损害少突胶质细胞成熟与神经元钙稳态驱动衰老相关髓鞘减少及神经功能障碍；该工作连接了端粒生物学、胶质衰老与髓鞘/神经元退化，为干预年龄依赖性脑功能衰退提供了CSF可检测靶点（sDLK1）与细胞源头（衰老小胶质细胞）。