单细胞转录组分析揭示小鼠颞叶癫痫模型中海马细胞亚型的特异性适应变化

《Journal of Translational Medicine》：Single-nucleus transcriptomic analysis reveals subfield-specific cell-to-cell synaptic reorganisation of the mouse hippocampus in focal temporal lobe epilepsy

　　

摘要

背景

临床前动物模型是研究癫痫病理生理学的重要工具。在小鼠杏仁核内微量注射海人酸（kainic acid）可重现药物难治性颞叶癫痫的关键特征，包括单侧海马病理病变和对抗癫痫药物的广泛耐药性，该模型正越来越多地被用于发现疾病修正的新靶点。在单细胞分辨率下界定基因表达图谱，可能揭示不同细胞类型如何适应慢性癫痫发作，并有助于在该模型中识别额外的生物标志物和治疗靶点。

方法

我们使用小鼠杏仁核内注射海人酸模型中癫痫持续状态发作后两周采集的同侧海马组织，生成了单核RNA测序数据集。癫痫小鼠和对照小鼠的样本采用10X Genomics平台进行处理，共测序了34,737个细胞核，涵盖了海马中的所有主要细胞亚型。

结果

差异基因表达分析揭示，癫痫小鼠海马各区域存在细胞亚型和亚区特异性的失调。活动调控基因在齿状回、CA1和CA3亚区的神经元中上调。齿状回神经元表现出最大的差异基因表达，富集于突触生成、可塑性和NMDA受体信号通路。CA3谷氨酸能神经元的转录谱显示机械损伤和创伤反应，而CA1的特征则富集于神经炎症和伤口愈合。星形胶质细胞在所有胶质细胞群中表现出最多的差异基因表达，其特征为混合的反应性促炎与抗炎反应以及代谢状态的改变。细胞间通讯分析预测，跨细胞亚型的海马信号传导存在广泛重塑，包括齿状回与CA2神经元连接中由谷氨酸和拉特罗匹林（latrophilin）介导的配体-受体配对。

结论

本研究为小鼠杏仁核内注射海人酸颞叶癫痫模型提供了单细胞水平的转录组变化图谱，突出了网络对高兴奋性的适应性改变。研究结果支持细胞亚型是病理生理机制下基因表达变化的基础，并可指导新型治疗策略，以减少或逆转药物难治性癫痫中的慢性神经元高兴奋性。