《GLIA》：Cell Surface Markers Identify Astrocyte Subpopulations in the Adult Hippocampus With a Heterogeneous Response to Aging
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星形胶质细胞的多样性目前正在特定脑区内部和脑区之间不断扩展。本研究评估了由细胞表面星形胶质细胞标志物ACSA-1（即GLAST/SLC1A3）和ACSA-2（即ATP1B2）组合表达定义的两类海马星形胶质细胞亚群的空间分布和转录组特征。通过荧光激活细胞分选（F
星形胶质细胞的多样性目前正在特定脑区内部和脑区之间不断扩展。本研究评估了由细胞表面星形胶质细胞标志物ACSA-1（即GLAST/SLC1A3）和ACSA-2（即ATP1B2）组合表达定义的两类海马星形胶质细胞亚群的空间分布和转录组特征。通过荧光激活细胞分选（FACS）和批量RNA测序（bulk RNAseq）进行的全基因组转录组学揭示了这两个星形胶质细胞亚群独特的转录特征，并凸显了其在衰老过程中的异质性反应。最丰富的ATP1B2/GLAST双阳性星形胶质细胞对应功能特化的胶质细胞，具有增强的蛋白质糖基化和稳定的基因表达模式。在衰老过程中，ATP1B2单阳性星形胶质细胞中诱导线粒体呼吸和胆固醇代谢相关特征，而双阳性星形胶质细胞中来自γ-原钙粘蛋白簇的细胞黏附基因被抑制。与原代神经元的异时共培养实验显示，衰老的ATP1B2/GLAST星形胶质细胞失去了突触形成功能。本研究成果补充了先前证明海马内存在形态和分子星形胶质细胞异质性的研究，并揭示了星形胶质细胞亚群在转录组水平上对衰老反应的差异。
星形胶质细胞是中枢神经系统中最丰富的胶质细胞，在脑稳态中发挥多种重要功能，包括为神经元提供营养和代谢支持、调节离子平衡、主动调节突触、参与髓鞘形成以及构成血脑屏障。近年来的单细胞RNA测序（scRNA-seq）和空间转录组学研究表明，星形胶质细胞在不同脑区间和同一脑区内均存在高度异质性，挑战了其作为均一细胞群体的传统观点。然而，这些基于转录组定义的星形胶质细胞亚群是否代表具有独特功能和发育轨迹的真正细胞亚型仍不清楚。海马是对年龄相关退化最敏感的脑区之一，但正常衰老过程中海马星形胶质细胞的异质性及其功能变化仍未得到充分探索。因此，需要更多研究支持星形胶质细胞亚型的分类，并揭示其多样性如何转化为功能特化。
研究人员利用细胞表面蛋白GLAST（由Slc1a3编码，可被ACSA-1抗体识别）和ATP1B2（可被ACSA-2抗体识别）的组合表达，在成年小鼠海马中鉴定并分离了两种星形胶质细胞亚群：ATP1B2单阳性（A+）和ATP1B2/GLAST双阳性（A+/G+）。通过免疫荧光和RNAscope原位杂交，研究人员在蛋白质和mRNA水平上分析了两种亚群在海马不同亚区和层面的分布。随后，采用FACS分选结合bulk RNAseq对其转录组进行全基因组分析，并运用凝集素流式细胞术验证N-糖基化水平。此外，通过建立异时共培养系统（将2月龄或18月龄海马星形胶质细胞与胚胎第18天（E18）原代海马神经元共培养），评估了衰老星形胶质细胞支持兴奋性突触形成的能力。样本来源包括C57BL/6JRccHsd和RjOrl:SWISS雄性小鼠，分别用于RNAseq和组织学分析（2月龄与18月龄，部分实验使用24月龄），神经元取自E18 RjOrl:SWISS小鼠。
研究结果如下：
3.1 ATP1B2和GLAST在成年小鼠海马中鉴定出两种在衰老过程中保留的星形胶质细胞亚群
通过免疫荧光和RNAscope，研究人员发现无论在年轻（2月龄）还是年老（18月龄）小鼠中，海马各层的大多数S100β+星形胶质细胞为ATP1B2+/GLAST+双阳性细胞（约80%），而ATP1B2+单阳性细胞占少数。RNAscope定量显示，在年老小鼠的hilus和stratum oriens（SO）层中，Atp1b2+单阳性细胞比例显著增加，且衰老过程中每个细胞中Slc1a3和Atp1b2 mRNA点数下降。这表明海马中星形胶质细胞亚群组成在衰老中基本保留，但部分区域出现细微比例变化。
3.2 FACS分离和bulk RNA测序揭示海马星形胶质细胞亚群的转录异质性
FACS分析确认海马中A+/G+细胞比例远高于前脑，且老年与年轻小鼠无显著差异。RNAseq数据显示所分选细胞高表达星形胶质细胞标志基因，低表达其他脑细胞类型标志物，证实了细胞纯度。比较两种亚群的转录组，在年轻小鼠中鉴定出548个差异表达基因（DEGs），其中469个在A+/G+细胞中高表达，主要富集于蛋白质糖基化、多泡体组装/内体运输和线粒体呼吸功能。L-PHA凝集素结合实验证实A+/G+细胞表面N-糖基化水平更高。A+细胞仅过表达79个基因，涉及DNA复制、RNA剪接和细胞分裂。此外，A+/G+细胞还高表达胆固醇合成相关基因（如Mvd、Sc5d），并通过RNAscope在组织水平验证。
3.3 衰老相关的转录变化在海马星形胶质细胞亚群间不同
比较年轻与年老小鼠的转录组，A+星形胶质细胞在衰老过程中有1935个DEGs，而A+/G+细胞仅67个，表明双阳性亚群转录组高度稳定，单阳性亚群则表现出显著可塑性。A+细胞上调基因富集于线粒体电子传递链复合物（如Cox5a、Ndufa10）和胆固醇生物合成（如Hmgcs1、Mvd）通路；免疫荧光分析确认老年A+细胞中NDUFA5/TOMM20比值增加，但总线粒体蛋白TOMM20信号降低。A+细胞下调基因涉及蛋白质折叠、RNA加工和细胞表面受体信号。A+/G+细胞下调基因仅19个，其中包括多个γ-原钙粘蛋白基因（Pcdhga3、Pcdhga7、Pcdhga8和Pcdhgc3）以及补体基因C1qa，提示双阳性细胞虽整体稳定但突触相关基因表达受损。
3.4 ATP1B2/GLAST双阳性星形胶质细胞在衰老过程中抑制γ-原钙粘蛋白基因，并无法支持兴奋性突触形成
研究人员在FACS分离的老年A+/G+星形胶质细胞中通过免疫荧光证实γ-C3蛋白表达量显著下降。异时共培养实验中，与老年A+/G+星形胶质细胞共培养的原代神经元，其VGLUT1/PSD95共定位的兴奋性突触数量比年轻组减少约50%；该效应在统计上显著，且与γ-原钙粘蛋白的下降相关。这表明A+/G+星形胶质细胞在衰老中丧失突触形成支持功能。
讨论部分指出，海马中ATP1B2+/GLAST+双阳性星形胶质细胞的比例（>80%）远高于前脑等其他脑区，提示GLAST表达具有明显的区域异质性。双阳性细胞高表达糖基化、胆固醇代谢和囊泡运输基因，支持其作为功能特化的胶质细胞类型；而单阳性细胞可能保留更强的可塑性，在衰老环境中发生大规模转录重塑，这可能反映其线粒体代谢和胆固醇合成的代偿性增强。γ-原钙粘蛋白（尤其是γ-C3）的减少可能通过削弱星形胶质细胞与神经元的细胞间黏附，导致兴奋性突触形成和维持受损。研究结论如下：本研究鉴定了成年小鼠海马中两种在衰老过程中保留的星形胶质细胞亚群，提供了ATP1B2+单阳性和ATP1B2+/GLAST+双阳性星形胶质细胞转录组差异的重要资源；揭示了两种亚群在衰老中呈现相反的转录组响应，其中更丰富且功能特化的双阳性星形胶质细胞特异性丧失突触形成支持能力。这些发现加深了对星形胶质细胞异质性与脑衰老关系的理解，为开发靶向星形胶质细胞亚群以调节年龄相关脑疾病进程的新策略奠定了基础。
