项目文章 | NC来了！欧易单细胞转录组助力解析不同卒中类型介导的突触吞噬差异性

2022-06-30 19:44:30, 星标关注上海欧易生物医学科技有限公司

继续我们的单细胞客户文章解读！近日，上海交通大学施晓婧博士、罗龙龙、王继先博士为论文的共同第一作者，Won-Suk Chung教授、汤耀辉教授和杨国源教授为论文的共同通讯作者，在Nature communications (IF: 14.919) 期刊发表了关于不同卒中类型的反应性胶质细胞介导的突触吞噬相关成果，揭示了小胶质细胞和星形胶质细胞在不同卒中类型中介导突触吞噬的差异性，针对不同脑损伤病理阶段，开发精准有效治疗策略，将大大改善脑血管病的预后。欧易生物提供了该项目单细胞转录组测序和分析相关工作，并特别致谢了欧易生物祖启东和巴永兵在分析中提供的帮助，下面我们一起学习这篇文章的具体内容。

基本信息

材料： 健康小鼠脑、缺血性脑卒中小鼠脑、出血性脑卒中小鼠脑

期刊：Nature Communications

发表时间：2021年11月26日

方法：欧易生物10x Genomias scRNA-seq、免疫荧光、条件性基因敲除等技术

研究结果

卒中（stroke）在全世界范围内都是一种高致死高致残的疾病，严重危害了人类的生命健康。近年来，临床上应用药物溶栓和机械取栓治疗急性缺血性卒中，患者死亡率大幅降低，但存活的患者却存在不同程度的神经功能障碍。阐明神经功能障碍的分子病理机制，改善卒中病人预后，是全世界正在努力攻克的一个科学难题。

本研究主要探索小胶质细胞/巨噬细胞 (microglia/macrophage) 和星形胶质细胞 (astrocyte) 在缺血性卒中和出血性卒中修复阶段的突触吞噬情况。利用缺血性脑卒中 (MCAO) 和出血性脑卒中 (ICH) 小鼠模型，作者发现两种胶质细胞在缺血性脑卒中 (ischemic stroke) 模型小鼠中介导突触吞噬，导致突触丢失影响了疾病预后；而在出血性脑卒中 (hemorrhagic stroke) 模型小鼠中只有小胶质细胞/巨噬细胞介导突触吞噬，星形胶质细胞无明显作用。MEGF10和MERTK通路可介导突触吞噬过程，为探究脑卒中后MEGF10和MERTK通路如何介导该过程，作者通过条件性基因敲除MEGF10和MERTK基因等技术证明了反应性胶质细胞是通过MEGF10/MERTK吞噬通路对胶质增生区域的突触前膜和后膜进行吞噬，并且发现MEGF10/MERTK吞噬通路可以影响脑卒中的预后。

Figure 1. 缺血性和出血性脑卒中胶质增生区小胶质细胞/巨噬细胞和星形胶质细胞突触吞噬差异

由于星形胶质细胞在出血性脑卒中与缺血性脑卒中表现出不同的吞噬特征，为探究这一现象，作者对健康小鼠、出血性脑卒中与缺血性脑卒中小鼠脑进行了scRNA-seq。scRNA-seq结果显示了健康和脑卒中小鼠整体基因表达谱的差异 (Fig. 2a)。对于星型胶质细胞，相比缺血性脑卒中，作者在出血性脑卒中筛选出135个差异下调基因 (p＜0.05，FC≥1.5)，对这些基因进行了GO和KEGG功能富集，根据FC筛选出TOP 20差异下调基因进行热图展示，在其中发现许多吞噬相关基因如Hspa1a、 Vim、Mt1 (Fig. 2b)。两类脑卒中的星形胶质细胞中也检测到了MEGF2和MERTK的表达 (Fig. 2c)。GO和KEGG富集结果显示，在出血性脑卒中的星形胶质细胞中，与吞噬相关的生物学过程以及与吞噬囊泡和突触结构相关的细胞成分通路与功能显著下调 (Fig. 2d)。

作者对星形胶质细胞进行亚型分析，将细胞分为2个不同的亚群 (Fig. 2e)，并通过小提琴图展示不同亚群的marker基因以及相应的功能特征 (Fig. 2f)。在星形胶质细胞的亚型中发现subtype 3在缺血性脑卒中细胞占比接近20%，而在出血性脑卒中细胞占比却不足2% (Fig. 2e)，作者推测星形胶质细胞subtype 3可能导致了星形胶质细胞在不同脑卒中类型中发挥不同的作用。因此，作者对星形胶质细胞subtype 3的881个marker基因 (p＜0.01) 进行GO和KEGG富集，发现富集到许多突触修剪相关过程以及细胞中丰富的突触结构和溶酶体相关功能 (Fig. 2g)，表明与缺血性卒中相比，出血性卒中后介导突触吞噬的星形胶质细胞亚群数量明显降低。