《Nature Medicine》：Dysregulated adult hippocampal neurogenesis in major depressive disorders
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重度抑郁症（MDD）与海马体积减小、连接性改变和负性记忆偏倚相关，提示海马可塑性受损。成人海马神经发生（AHN）失调是一个潜在因素，但其在人类中的相关性及在MDD中的作用仍不清楚。在此，研究人员通过整合神经发生轨迹、细胞类型和亚区特异性基因表达、染色质可及性及
重度抑郁症（MDD）与海马体积减小、连接性改变和负性记忆偏倚相关，提示海马可塑性受损。成人海马神经发生（AHN）失调是一个潜在因素，但其在人类中的相关性及在MDD中的作用仍不清楚。在此，研究人员通过整合神经发生轨迹、细胞类型和亚区特异性基因表达、染色质可及性及蛋白表达的分析，研究了未用药MDD个体海马功能障碍的分子基础。研究人员在成人海马颗粒下区（SGZ）鉴定出一个神经发生谱系，并提供了MDD中神经发生过程停滞的证据，该过程与跨发育阶段的转录调控、应激相关重编程和干扰素信号传导有关。兴奋性和抑制性神经元显示出影响细胞状态的转录因子网络失调。细胞应激、兴奋-抑制失衡、突触可塑性受损、代谢能力降低和免疫激活是神经发生受损和海马回路可塑性降低的基础。研究结果表明，MDD中基因表达受遗传和表观遗传调控，并与自身免疫性疾病、神经发育性疾病和神经退行性疾病存在重叠的发病机制。这项工作为理解MDD中海马依赖性认知症状的发病机制提供了新的认识，并提出了潜在的治疗靶点。
**研究背景与问题**
重度抑郁症（MDD）是全球重大健康负担，以情绪、神经植物性和认知症状为特征，包括对负性内容的记忆提取偏倚。海马体积减小、连接改变和负性记忆偏倚提示海马可塑性受损。成人海马神经发生（adult hippocampal neurogenesis，AHN）在啮齿类动物中参与模式分离等认知功能，但人类AHN的存在及其在MDD中的临床意义仍有争议。此前缺乏对MDD海马回路细胞功能状态的分子图谱。因此，研究人员开展这项研究，旨在通过多组学手段解析MDD中神经发生轨迹、细胞状态和回路功能的分子基础。
**研究内容与总体结论**
研究人员整合了单核转录组和染色质可及性测序（snMultiome-seq）、空间转录组学（Visium和Xenium）以及区域蛋白质组学，对未用药MDD个体和神经典型对照的海马组织进行分析，构建了目前最大的人类海马多组学图谱。研究在成人海马颗粒下区（subgranular zone，SGZ）鉴定出一个神经发生谱系，并发现MDD中神经发生过程停滞，伴随转录调控、应激相关重编程和干扰素信号异常。研究还揭示了兴奋性-抑制性失衡、突触可塑性受损、代谢能力降低和免疫激活等机制，并发现MDD与自身免疫、神经发育和神经退行性疾病存在重叠的发病机制。该研究为理解MDD海马依赖性认知症状的发病机制提供了新见解，并提出了潜在治疗靶点。论文发表在《Nature Medicine》。
**关键技术方法**
研究人员采用了以下主要技术方法：（1）snMultiome-seq（10x Genomics），同时检测单细胞核的基因表达和染色质可及性，分析了来自MDD和对照组的约500,000个海马细胞核；（2）Visium v1/v2和Xenium空间转录组学，将细胞簇映射到海马亚区并验证神经发生标志物；（3）液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）区域蛋白质组学；（4）计算轨迹推断（Monocle3、Palantir、RNA速率）和转录因子分析（TOBIAS、pySCENIC）；（5）免疫组织化学、RNAscope和免疫荧光等验证。样本来自美国和欧洲的尸检脑库，共123名参与者，包括未用药MDD和对照。
**研究结果**
*A multiomic atlas of cell-type diversity in the adult human hippocampus*
研究人员通过snMultiome-seq分析约50万个细胞核，鉴定出31个细胞簇，涵盖颗粒细胞（GCs）、GABA能神经元（InNs）、兴奋性神经元（ExNs）、星形胶质细胞等。空间整合分析显示，兴奋性神经元亚型定位至CA区和下托，星形胶质细胞亚型Astro2富集于神经发生微环境SGZ，并鉴定出一个PENK+中型多棘神经元样簇（InN5.PENK）。
*The adult human hippocampus retains a neurogenic trajectory*
通过亚聚类GC和星形胶质细胞，研究人员识别出神经干细胞（NSCa、NSCb）、中间神经祖细胞（INP）、成神经细胞（NB）和未成熟颗粒细胞（ImGC1、ImGC2）组成的连续谱系。轨迹分析揭示了从NSC到成熟GC的分化路径，以及一条导致ImGC2的旁路，提示颗粒细胞可能存在去分化。
*Stage-specific transcription factors regulate the neurogenic trajectory*
转录因子足迹分析显示，SOX2、PAX6、ASCL1、KLF9、BHLHE22等在不同发育阶段动态调控神经发生，其中BHLHE22与重度抑郁相关。
*Adult neurogenic cells share transcriptional features with fetal hippocampus progenitors*
将成人神经发生细胞与胎儿海马祖细胞整合分析，表明成人神经发生细胞与胎儿祖细胞具有转录相似性，进一步验证了成人神经发生谱系。
*Spatial transcriptomics supports a dentate gyrus cell trajectory*
空间转录组结合RNA速率分析显示，从SGZ多形层和分子层到颗粒细胞层（GCL）存在转录轨迹，支持神经发生谱系从SGZ向GCL迁移。
*Spatial validation of neurogenic marker expression*
Xenium空间转录组学和免疫组化验证了NSC、NB标志物在SGZ中的表达，而ImGC2标志物在GCL细胞中表达，支持成熟GC可重新表达未成熟标志物的观点。
*Halted neurogenesis in MDD*
伪时间分析显示，MDD中NSCa比例增加、NB比例减少，表明神经发生停滞而非干细胞耗竭。验证实验发现MDD中SGZ表达nestin和Ki67的细胞以及DCX/TUBB3共表达细胞均减少。
*Molecular drivers of adult hippocampal neurogenesis disruption in MDD*
在神经发生早期阶段（NSCa、NSCb、INP），MDD中一个富集干扰素相关通路的基因模块表达升高，涉及EIF2AK2、IFIT3等基因。中期阶段，INP中NELL1、POSTN和ADAMTS14下调，SOX9上调，NB中DCX和BDNF减少。整合单核和空间数据显示干扰素和先天免疫信号上调，细胞生长受阻。
*Reduced neuroplasticity in the hippocampus circuit in MDD*
全细胞簇差异分析显示，InN5.PENK具有最多的差异表达基因（566个），GC1和ExN1.CA1-4.FIBCD1分别有378和147个。共同失调通路包括血清素受体、SLC转运体、谷氨酸受体、载脂蛋白、长链非编码RNA和神经炎症等。hdWGCNA识别了GC1中翻译和细胞应激相关模块、ExN1中NMDA受体和突触功能模块、InN5.PENK中神经传递模块。
*Proteome changes show altered trafficking, development and neurotransmission in MDD*
蛋白质组学在MDD中鉴定出297个差异表达蛋白，包括下调的calbindin。整合转录组和蛋白质组发现RAB6B、CLTCL1、NPTN、CAMKV、CYFIP2、HPCAL1等基因在RNA和蛋白水平均失调，涉及细胞内运输、发育和神经传递。
*Transcription factor regulons underly stress-dependent epigenetic changes in MDD*
染色质可及性分析发现MDD中102个差异可及区域，与差异表达基因重叠。TF足迹分析显示KLF15等应激反应性Krüppel样因子在GC1、InN5.PENK和ExN1中驱动目标基因的表达变化，包括HPCAL1、KRAS、CAMKV、RAB6B等。MDD个体死前6个月应激暴露程度高于对照。
**讨论与结论**
讨论部分指出，MDD中神经发生停滞伴随转录因子（TF）失调、染色质可及性改变、长链非编码RNA异常，以及遗传变异（如全基因组关联研究风险位点）和表观遗传机制的共同作用。研究还发现MDD与神经发育障碍、神经退行性疾病（如阿尔茨海默病、肌萎缩侧索硬化）及自身免疫疾病（如炎症性肠病、银屑病、系统性红斑狼疮）存在共享的致病机制。局限性包括尸检研究的横断面性质、多数MDD个体死于自杀等。
结论：这些发现共同为理解MDD建立了一个基于大脑的框架，并通过改进疾病表型分型、生物学知情诊断亚型、生物标志物发现和识别新治疗靶点，为精准精神病学提供了基础。
