单细胞测序研究——神经/脑组织篇

神经系统是机体内对生理功能活动的调节起主导作用的系统，主要由神经细胞（神经元）和神经胶质所组成。神经系统在维持机体内环境稳态，保持机体完整统一性及其与外环境的协调平衡中起着主导作用。多发性硬化症、阿尔兹海默症等多种复杂疾病都与神经系统的紊乱有关。已有研究表明，小胶质细胞在阿尔茨海默病的易感性中起着重要作用。动物或人的成熟脑组织相对于其他组织更为娇嫩，神经细胞也很脆弱，脑组织离体6-10分钟后，脑细胞就会大量死亡。

对神经元和神经胶质细胞等神经细胞的类型、发育及人脑基因活动图谱的全面了解，为多角度理解神经细胞发育的异质性程度及神经脑组织相关细胞特征提供了极有价值的数据资源，可为各种神经相关疾病提供更精确的治疗策略。本文对部分将单细胞测序技术应用于探索神经损伤后神经性疼痛的时间变化模式、星形胶质细胞对炎性损伤的反应、特异细胞类型基因的表达调控及其对阿尔兹海默症的影响、大脑神经发生微环境随年龄的变化及其影响因素等相关文献进行导读，希望为大家的单细胞相关研究带来启发。

体感神经元的单细胞转录组学分析揭示神经病理性疼痛的时间发展

研究目的：利用单细胞RNA测序探索小鼠神经损伤后神经性疼痛的时间变化模式

样本信息：小鼠受损背根神经节(SNI术后6 h/24 h/2d/7d/14d)

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）

捕获细胞数：36,810个（含6935 个神经元）

结论：得到了神经性疼痛单细胞转录组调控基因表达模式，以及产生新的神经元类型。这些新兴神经元类型中，Clcf1等基因可能参与了神经性疼痛的时间动态过程。由Clcf1基因编码的心肌营养素样细胞因子1（CLC）可能是一个新的神经性疼痛的细胞调控因子，靶向CLC可能是治疗神经性疼痛的一个潜在策略。

小鼠大脑中的神经炎性星形胶质细胞亚型

研究目的：利用单细胞RNA测序剖析星形胶质细胞对炎性损伤的反应

样本信息：小鼠星形胶质细胞（产后30-35天腹腔注射LPS后3小时/24小时/72小时)

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）+空间转录组测序（Spatial Transcriptomics）

捕获细胞数：79,994个

结论：星形胶质细胞的快速转录组变化在几小时内发生，并随着时间的推移而急剧变化。星形胶质细胞的亚型会经历不同的炎症转变，并有明确的转录组图谱。利用空间转录组学和原位杂交可将炎症诱导的反应性星形胶质细胞的关键亚状态归于特定的脑区。

解码小鼠伏隔核(NAc)的分子和细胞异质性

研究目的：利用单细胞RNA测序揭示小鼠NAc脑区的高度细胞异质性

样本信息：小鼠脑组织的NAc脑（11个）

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）

捕获细胞数：37,011 个

结论：神经元亚型的转录和空间多样性是NAc解剖和功能异质性的基础。该研究生成了一个空间解析的细胞分类法，用于理解 NAc 的结构和功能，证明了结合分子和空间信息在揭示神经系统的基本特征方面的重要性。

单细胞分辨率下发育中人类大脑皮层的染色质和基因调控动态变化

研究目的：利用单细胞RNA测序和单细胞染色质可及性测序描绘人类皮质发生的基因调控

样本信息：人类胎儿皮质样本（妊娠16周/20周/21周/24周）

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）+单细胞染色质可及性测序(scATAC-seq)

捕获细胞数：57,868 个（单细胞测序）+ 31,304个（单细胞染色质可及性测序）

结论：通过绘制皮质生成的基因表达和染色质可及性单细胞图谱，揭示了关键转录因子（TFs）在几乎连续的分化轨迹上的基因调控波，区分了胶质细胞谱系的表达程序，并确定了在连锁基因调控元件和表达水平之间表现出强相关性的谱系决定TFs。在自闭症谱系障碍（ASD）个体队列中预测为破坏性的非编码突变的强细胞类型特异性富集，并确定了频繁破坏的TF结合位点。

轴突损伤后不同外周感觉神经元亚型的转录重编程

研究目的：利用单细胞测序探索不同外周感觉神经元亚型轴突损伤后的转录重编程

样本信息：大鼠背根神经节（DGR）

测序策略：10×平台，单细胞核测序（snRNA-seq）

捕获细胞数：141,093个细胞

结论：研究人员发现所有体感神经元亚型对周围神经损伤都有类似的转录反应，既促进轴突再生，又抑制细胞特性。这种转录重编程，在非神经元细胞中没有观察到，在与靶神经再支配类似的时间过程中分解，并与原始细胞身份的恢复有关。损伤诱导的转录重编程需要ATF3，这是一种在损伤后迅速诱导的转录因子，是轴突再生和功能恢复所必需的。结果表明，外周神经损伤后早期诱导的转录因子赋予感觉神经元转化为再生状态所需的细胞可塑性。

人类小胶质细胞的单细胞RNA测序揭示了与阿尔茨海默病相关的亚群

研究目的：利用单细胞RNA测序探索人类小胶质细胞的异质性

样本信息：人类大脑皮层

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）

捕获细胞数：16,242个细胞

结论：通过单细胞RNA测序，研究发现一些亚群富含疾病相关基因和RNA特征。在组织学上证实了四个小胶质细胞亚群的存在，并通过进一步描述富含阿尔茨海默病（AD）患者皮层缺失基因的小胶质细胞簇7来说明数据的效用。组织学上，这些簇7小胶质细胞在AD组织中的频率降低，在一组独立的单核数据中验证了这一观察结果。总之，该研究的活体人类小胶质细胞识别出一系列亚型，优先考虑其中一种亚型在AD中发生改变。

MAFG驱动的星形胶质细胞促进中枢神经系统炎症

研究目的：利用单细胞RNA测序探索星形胶质细胞的异质性及其调控机制

样本信息：小鼠脑组织

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）

捕获细胞数：24,275个细胞

结论：研究人员在自身免疫性脑脊髓炎（EAE）和多发性硬化症中鉴定出星形胶质细胞，其特征在于NRF2的表达减少和MAFG的表达增加，而MAFG与MAT2α协同作用以促进DNA甲基化并抑制抗氧化剂和抗炎转录程序。星形胶质细胞中的粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）信号驱动MAFG和MAT2α的表达以及促炎性转录模块，促进EAE中枢神经系统病理，并可能导致多发性硬化。这些结果确定了多发性硬化症的候选治疗靶标。

下丘脑外侧区域的单细胞转录组分析显示了分子上不同的抑制性和兴奋性神经元群

研究目的：利用单细胞转录组分析探索小鼠下丘脑外侧区域（LHA）中分子不同的细胞类型

样本信息：小鼠下丘脑外侧区域（LHA）

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）

捕获细胞数：3,784个雄性小鼠LHA脑区细胞＋3,434个雌性小鼠LHA脑区

结论：根据快速神经递质表型和神经肽、转录因子和突触蛋白等基因类别对神经元群体进行分类。研究人员定义了15种不同的谷氨酸能神经元和15种GABA能神经元，包括已知和新的细胞类型。通过解剖学和行为学方法进一步描述了新的生长抑素表达神经元群体，确定了这些神经元在先天性运动行为的特定形式中的作用。本研究为更好地理解LHA功能奠定了基础。

阿尔茨海默病的单细胞转录组分析

研究目的：利用单细胞转录组分析探索参与调控阿尔茨海默病的分子及机制

样本信息：不同程度阿尔茨海默病病理患者的前额皮质

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）

捕获细胞数：80,660个细胞

结论：在6种主要的脑细胞类型中，研究人员确定了不同的转录组亚群，包括那些与病理相关的亚群，并以髓鞘形成、炎症和神经元存活的调节因子为特征。与疾病相关的最强变化出现在病理进展的早期，且具有高度的细胞类型特异性，然而在晚期，不同的细胞类型中呈现出相似的基因上调，主要是参与应激反应的基因。总体而言，髓鞘形成相关过程在多种细胞类型中反复受到干扰，这表明髓鞘形成在阿尔茨海默病病理生理学中具有关键作用。

单细胞组学鉴定自闭症细胞类型特异性分子变化

研究目的：利用单细胞转录组测序评估自闭症患者大脑中的特定细胞类型

样本信息：自闭症患者的皮质组织

测序策略：10×平台，单细胞核测序（snRNA-seq）

捕获细胞数：104,559个细胞

结论：研究人员对自闭症患者的皮质组织进行单核RNA测序，以确定特定细胞类型中与自闭症相关的转录组变化。发现在孤独症患者中，上层兴奋性神经元的突触信号和小胶质细胞的分子状态优先受到影响。此外，结果表明，皮质投射神经元中特定基因组的失调与孤独症的临床严重程度相关。这些发现提示，上层皮质回路的分子变化与孤独症的行为表现有关。

单细胞分析显示免疫细胞浸润老化大脑破坏新生神经细胞的产生

研究目的：利用单细胞测序分析哺乳动物大脑神经发生微环境随年龄的变化及其影响因素

样本信息：小鼠脑组织

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）

捕获细胞数：14,685个细胞

结论：单细胞转录组的分析显示，活化的神经干细胞减少，内皮细胞和小胶质细胞发生变化，旧的神经源性生态位中有T细胞浸润。衰老大脑的T细胞是克隆性扩增的，通常与血液中的T细胞不同，这表明他们可能会经历特定的抗原。衰老大脑中的T细胞也表达干扰素-γ，具有高干扰素反应的神经干细胞亚群显示体内增殖减少。共培养和体内实验表明，T细胞可以抑制神经干细胞的增殖，部分是通过分泌干扰素-γ。研究揭示了衰老大脑中T细胞和神经干细胞之间的相互作用。

多发性硬化症患者少突胶质细胞异质性改变

研究目的：利用单细胞测序探索人类少突胶质细胞异质性程度及其对多发性硬化症（MS）病理学的贡献

样本信息：人类脑组织

测序策略：10×平台，单细胞核测序（snRNA-seq）

捕获细胞数：17,799个细胞

结论：研究人员在对照组人类白质中鉴定了少突胶质细胞亚群，其中一些与小鼠相似，并为这些细胞状态定义了新的标记。一些亚群在MS组织中的表达不足，而其他亚群则更为普遍。成熟少突胶质细胞亚群的这些差异可能表明MS病变中少突胶质细胞的不同功能状态。在正常的白质中发现了类似的变化，表明MS是一种比局灶性脱髓鞘更为弥漫性的疾病。

阿尔茨海默病患者内嗅皮层的单细胞图谱揭示了细胞类型特异性基因表达调控

研究目的：利用单细胞测序探索特异细胞类型基因的表达调控及其对阿尔兹海默症的影响

样本信息：阿尔兹海默症患者内嗅皮层

测序策略：10×平台，单细胞核测序（snRNA-seq）

捕获细胞数：13,214个细胞核

结论：研究人员详细描绘了细胞类型特定的基因表达模式，揭示了特定细胞亚群中的转录变化与阿尔兹海默症的关系。阿尔兹海默症的疾病风险基因APOE在阿尔兹海默症的少突胶质细胞祖细胞和星形胶质细胞亚群中被特异性抑制，而在阿尔兹海默症患者特异的小胶质细胞亚群中被上调。通过将转录因子调节模块与阿尔茨海默病风险位点整合，揭示了细胞类型特异性状态向阿尔茨海默病转变的驱动因素。例如，转录因子EB是溶酶体功能的主要调节因子，在特定的阿尔茨海默病星形胶质细胞亚群中调节多种疾病基因。