前言

阿尔茨海默病（AD）是最常见的神经退行性疾病，干扰神经元和非神经元细胞群，造成痴呆。AD以错误折叠蛋白的聚集为特征，主要表现为淀粉样蛋白-β（Aβ）斑块、过度磷酸化的tau蛋白引起的神经原纤维缠结以及局部神经炎症。一直以来对AD病理的研究多以神经元为中心，但近二十年的研究开始关注非神经细胞，如小胶质细胞、星形胶质细胞和少突胶质细胞等在AD发病机制中的作用。

单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术的发展，推动了非神经细胞在中枢神经系统（CNS）疾病中的研究进展。少突胶质细胞约占大脑中所有细胞的20%，是CNS中的髓鞘形成细胞，已有证据表明AD模型小鼠和患者大脑中均观察到大量的髓鞘改变和降解，但关于少突胶质细胞在AD病理中是否会发生改变及其对AD和其他CNS疾病的作用仍不清楚。

2022年6月27日，以色列魏茨曼科学研究所Michal Schwartz和Ido Amit带领的研究团队在《Nature Neuroscience》发文揭示多种中枢神经系统疾病中共同的疾病相关少突胶质细胞的特征。该研究中作者利用单细胞转录组学，绘制了野生型（WT）和AD模型（5xFAD）小鼠大脑中所有非免疫、非神经元细胞群的图谱。研究人员发现少突胶质细胞状态与大脑病理学相关，称之为疾病相关少突胶质细胞（DOLs）。在小鼠淀粉样变性模型中，DOLs在斑块聚集后很长时间才出现，单独使用Aβ不足以在体外诱导DOL特征。DOLs可在tau蛋白病小鼠模型和其他小鼠神经退行变性和自身免疫性炎症条件中被鉴定，表明对严重病理状况的共同反应。使用小鼠和死后人脑组织的定量空间分析发现，表达关键DOL标记物（SERPINA3N/SERPINA3）的少突胶质细胞存在于大脑受损区域的皮质，在Aβ斑块附近富集。在死后的人脑组织中，这种标记物的表达水平与认知能力下降相关。总之，这项研究揭示了中枢神经系统疾病中少突胶质细胞的共同特征。

1.疾病相关少突胶质细胞的鉴定

MARS-seq（massively parallel single-cell RNA sequencing，大规模并行单细胞RNA测序）是一种高通量、高准确性和高灵敏度的单细胞转录组学技术。研究人员首先通过MARS-seq技术将不同年龄段的5xFAD小鼠和WT小鼠全脑中的非神经元细胞进行分离测序，并通过Pagoda2 pipeline（单细胞降维聚类分群工具）分析鉴定出17种细胞簇，其中占比最高的是成熟的髓鞘少突胶质细胞，以Plp1、Mbp和Mog为标志物。进一步对差异表达的基因（DEGs）进行分析发现少突胶质细胞具有最多的DEG，说明少突胶质细胞在5xFAD小鼠中表现出广泛的转录变化。

图1.少突胶质细胞在5xFAD小鼠中的显著转录水平变化

为了深入研究5xFAD小鼠少突胶质细胞的分子特征，研究人员对少突胶质细胞进行测序并鉴定出了14种细胞簇，其中细胞簇12和14在5xFAD小鼠中富集，并随着AD疾病过程增加，作者称这种转录状态为“疾病相关的少突胶质细胞”（disease-associated oligodendrocytes，DOLs）。并且发现与疾病相关的小胶质细胞不同，DOLs发生要晚于Aβ斑块和炎症的出现。

因为DOLs在Aβ斑块出现很久后才检测到，因此研究人员进一步研究DOLs可在多大程度上依赖于淀粉样变。通过对另外两种AD小鼠模型进行分析，发现这两者均具有大量的少突胶质细胞且高表达DOLs特征基因Serpina3n，表明DOLs不是5xFAD模型或淀粉样变所特有。

图2. DOLs不依赖淀粉样变

2.疾病相关少突胶质细胞的特征

为了研究在其他CNS疾病中是否也存在DOLs？研究人员对三种多发性硬化（MS）的EAE（实验性自身免疫性脑脊髓炎）小鼠模型和脂多糖（LPS）诱导的炎症模型的scRNA-seq进行分析，发现EAE小鼠模型中也富集了DOLs特征基因，并且这些基因的表达水平随EAE病程进展变化，即少突胶质细胞反应的强度与疾病严重程度相关。

为了研究5xFAD小鼠和AD人类患者中DOLs的空间转录组学特征，研究人员通过免疫荧光和基于人工智能的细胞识别技术—DeepCell发现少突胶质细胞标志物OLIG2和DOLs标志物Serpina3n双阳性的细胞与Aβ斑块共定位，从而提示Serpina3n可能是AD诱导认知损害的一个定量标记物。

图3. AD小鼠和患者脑组织中DOLs的空间分布

结论

本文研究人员通过大规模平行单细胞RNA测序（MARS-seq），在多种中枢神经系统疾病中均发现疾病相关的少突胶质细胞（DOLs），提示DOLs参与中枢系统疾病的病理过程。通过免疫组织化学和空间转录学方法，发现DOL细胞分布在Aβ斑块富集的区域。本文揭示了多种中枢系统疾病中共同的细胞分子机制，为不同的中枢系统疾病的治疗提供了潜在的靶点。

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