血管性痴呆中的异常信号：多态蛋白/层粘连蛋白通路与谷氨酸代谢失调

《Brain Research》：Aberrant signals in vascular dementia: Pleiotrophin/laminin pathway and glutamate metabolic dysregulation

　　

摘要 血管性痴呆（VaD）是痴呆的第二大常见病因，与慢性脑低灌注和进行性认知衰退密切相关；然而，其分子和细胞基础尚未完全阐明。神经血管单元内失调的细胞间通讯可能导致 VaD 中观察到的细胞和病理改变。为了识别与 VaD 相关的候选信号通路，我们整合了单细胞转录组分析、微阵列数据分析、拟时序轨迹分析和实验验证。多向性生长因子（PTN）和层粘连蛋白信号作为持续改变的细胞间通讯通路浮现出来，并与拟时序沿轴的小胶质细胞状态转变相关。在右侧单侧颈总动脉闭塞（rUCCAO）小鼠模型中，VaD 小鼠表现出认知障碍、小胶质细胞激活、髓鞘丢失、白质损伤、炎症反应增强和氧化应激。表达分析进一步证实了 PTN 和层粘连蛋白相关分子的改变，而非靶向代谢组学揭示了谷氨酸相关代谢的同时紊乱。这些分子和代谢改变与行为缺陷和 VaD 相关的病理变化有关。总之，我们的发现将改变的 PTN/层粘连蛋白信号和谷氨酸代谢失调确定为 VaD 的候选分子特征，并为研究其功能相关性提供了基础。仍需进行通路特异性功能研究以确定其对 VaD 进展的因果贡献。

引言 血管性痴呆（VaD）是一种临床综合征，其特征在于由于缺血性或出血性卒中或与脑血管疾病相关的慢性脑低灌注导致的记忆、认知和行为显著受损。VaD 约占痴呆病例的 25%，使其成为仅次于阿尔茨海默病（AD）的第二大常见痴呆形式，也是全球重大的公共卫生负担（Tian et al., 2025, Zhang et al., 2027）。然而，其分子和细胞机制尚未完全阐明，且没有既定的疾病修饰疗法直接针对潜在的血管病理。包括胆碱酯酶抑制剂和美金刚在内的对症治疗仅提供温和且短暂的益处，并不能阻止或逆转疾病进展（Farooq et al., 2017, McShane et al., 2019）。这些局限性突显了以机制为导向的研究以确定治疗靶点和开发更有效干预策略的必要性。

小胶质细胞在引发和维持与 VaD 相关的综合炎症、氧化和脱髓鞘过程中发挥中心作用（Altahrawi et al., 2025, Ghimire et al., 2025, Shao et al., 2026）。在脑血管疾病中，受损神经元释放的细胞外 ATP/ADP 可被小胶质细胞 P2Y_1_2 受体感知，触发快速形态转化——如突起回缩和胞体肥大——并促进小胶质细胞激活（Fu et al., 2025, Lin et al., 2020）。慢性脑低灌注促进胶质细胞中 NLRP3 炎症小体的激活，尤其是小胶质细胞（Poh et al., 2022），其中 NOX2 作为活性氧（ROS）的主要来源；由此产生的 NOX2 源性 ROS 信号进一步放大 NLRP3 炎症小体激活并促进 IL-1β和 TNF-α等促炎细胞因子的释放（Ma et al., 2017, Simpson and Oliver, 2020）。慢性脑低灌注诱导反应性小胶质细胞激活，从而建立持续的炎症和氧化环境（Huang, xxxx, Liu et al., 2025）。这种持续的胶质细胞激活——不仅仅是短暂反应——是 VaD 中白质病变和认知衰退病理的基础（Dmytriv et al., 2024, Poh et al., 2022, Tian et al., 2022）。ROS 直接氧化脂质和髓鞘碱性蛋白（MBP）（Bongarzone et al., 1995），损害髓鞘完整性并触发传导障碍和进行性白质变性（Kimura et al., 2025）。同时，基质金属蛋白酶 -9（MMP?9）介导的血脑屏障破坏促进血清外渗，进一步损害轴突 - 髓鞘单位（Jalal et al., 2012, Rempe et al., 2016, Rosenberg, 2009, Turner and Sharp, 2016）。脑源性神经营养因子（BDNF）/胰岛素样生长因子 -1（IGF-1）的并发下调和抑制性软骨硫酸蛋白多糖的大量分泌中止了再髓鞘化，最终导致轴突能量衰竭、传导阻滞、白质稀疏和区域间功能连接解体，从而驱动持续且深刻的认知衰退（Deng et al., 2015, Gupta et al., 2025, McCaughey-Chapman and Connor, 2023）。因此，小胶质细胞不仅是 VaD 的引燃开关，也是疾病进展的加速器，使其激活状态和细胞间通讯的机制剖析成为当代 VaD 研究的中心焦点。

除了经典的炎症和氧化应激通路外，神经血管单元内营养因子和细胞外基质介导的细胞间通讯的破坏可能提供慢性脑低灌注、神经血管功能障碍、神经元损伤和认知衰退之间的额外联系。多向性生长因子（PTN）是一种分泌的肝素结合神经营养因子，有助于神经元存活、神经保护和神经血管通讯。先前的研究表明，周细胞丢失可减少脑血流，破坏血脑屏障，耗竭 PTN 并促进神经元丢失，而外源性 PTN 给药即使存在持续的循环障碍也能减轻神经元损伤（Nikolakopoulou et al., 2019）。PTN 还参与小胶质细胞介导的神经过度炎症的调节，表明失调的 PTN 信号可能影响神经元脆弱性和神经免疫反应（Fernández-Calle et al., 2017）。相比之下，层粘连蛋白是大脑血管基底膜的主要结构和信号成分，对血脑屏障完整性、周细胞稳态、血管壁结构和神经血管单元功能至关重要。层粘连蛋白α2 或来自不同血管相关细胞类型的层粘连蛋白缺乏可导致基底膜异常，损害周细胞功能，破坏紧密连接，并增加血脑屏障通透性（Gautam et al., 2016, Menezes et al., 2014, Yao et al., 2014）。因此，PTN 和层粘连蛋白分别代表与神经营养支持和细胞外基质介导的通讯相关的信号系统。它们的失调可能将脑低灌注与神经炎症、血脑屏障损伤和神经元功能障碍联系起来。然而，它们在 VaD 中的细胞特异性通讯模式和功能相关性仍未得到充分理解，这为系统调查提供了依据。

基于这一生物学原理，我们使用单细胞转录组数据作为发现平台，以识别 VaD 中失调的细胞间通讯程序。PTN 和层粘连蛋白信号因其在发现分析中的改变及其与神经血管完整性、胶质细胞功能、神经元存活和代谢稳态的既定相关性而被确定为候选通路。通过整合细胞间通讯推断与拟时序轨迹分析，我们 delineated 了 VaD 中改变的候选信号通路，并检查了它们在小胶质细胞中的动态表达。为了评估这些发现的一般性，我们分析了独立的微阵列队列，并使用短名单目标作为预测特征构建了随机森林分类器。同时，进行了计算机辅助分子对接以评估选定药物与每个靶点的预测结合。最后，在 VaD 动物模型中验证了优先分子的表达谱，并使用非靶向代谢组学调查了它们与大脑代谢失调的关联。总体而言，这一多组学工作流程产生了支持进一步在 VaD 中调查这些通路的汇聚证据。

章节片段 数据获取与细胞类型注释 我们从 GEO 数据库获取了单细胞 RNA 测序数据集 GSE263191。该数据集包括八个小鼠皮层样本：四个来自假手术组，四个来自慢性脑低灌注诱导的 VaD 组，每组包含两只雄性和两只雌性小鼠（Wazny et al., 2025）。数据使用 Seurat v4.4.0, Celldex, Matrix v1.6.1 和 Harmony v1.2.0 导入和预处理；预处理包括质量控制、归一化和批次效应校正。肘部图

降维与细胞类型注释 GSE263191 中的单细胞转录组使用 t 分布随机邻域嵌入（t-SNE）嵌入二维空间（图 1A）。肘部图表明 11 个主成分为最佳（图 1B），树状图引导的方法确定了 1.2 的聚类分辨率，产生 29 个簇（图 1C-D）。簇通过交叉引用表 1 中列出的经典标记基因进行注释，并在 UMAP 投影上显示标记表达模式（

讨论 血管性痴呆（VaD）是一个日益重要的公共卫生挑战，但其病理生理机制尚未完全阐明，且治疗选择有限。鉴于其多因素性质，定义涉及的细胞和分子通路对于识别治疗靶点至关重要。在本研究中，使用单细胞转录组分析来识别疾病相关的细胞群和信号通路，并在独立的 GEO 数据库中评估选定的靶点

结论 在本研究中，我们整合了生物信息学分析与体内实验，以调查与 VaD 相关的分子特征。慢性脑低灌注诱导的认知障碍伴有脑实质损伤、白质损伤、髓鞘丢失和小胶质细胞激活。这些病理改变与改变的 PTN/层粘连蛋白信号和谷氨酸代谢失调有关。总之，这些发现为进一步的功能研究提供了基础

CRediT 作者贡献声明 张兴芳：初稿撰写，形式分析，数据整理，概念化。高亮：初稿撰写，调查，形式分析。张秋东：初稿撰写，调查，形式分析。孙科：形式分析。乔亚军：形式分析。程瑞英：形式分析。李小辉：形式分析。王前南：调查。毕洪涛：审阅与编辑，形式分析。丁毅：审阅与编辑，方法论，

伦理批准与参与同意 所有实验程序严格遵循美国国立卫生研究院实验室动物护理和使用指南（美国国立卫生研究院出版物第 85-23 号，1996 年修订），并获中国科学院西北高原生物研究所机构动物护理和使用委员会批准（批准号：2026-02）。

临床试验注册声明 临床试验编号：不适用。

数据与材料可用性 当前研究期间使用和/或分析的数据集可根据合理要求从通讯作者处获取。

资助 本研究获得国家自然科学基金（82274313）、陕西省中医药管理局项目（2022-SLRH-YQ-010）、第九四〇医院 G 项目（2024-G3-8）、中药药理重点实验室以及中央财政引导地方科技发展专项资金（2025ZY010）的资助。

利益冲突声明 作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系可能影响本论文报告的工作。

Xingfang Zhang|Liang Gao|Qiudong Zhang|Ke Sun|Yajun Qiao|Ruiying Cheng|Xiaohui Li|Qiannan Wang|Hongtao Bi|Yi Ding

第四军医大学西京医院药学部，中国西安 710032