单细胞测序揭示A-T小脑退化“密码”：胶质细胞活化成神经元“杀手”
编者按
单细胞核RNA测序（snRNA-seq）技术以其无与伦比的分辨率，解析了不同细胞类型的基因表达模式，揭示了共济失调-毛细血管扩张症（A-T）患者小脑和前额叶皮层中特异性的转录变化。研究发现，A-T中小胶质细胞显著活化，增加了对神经元的细胞毒性。这项技术不仅为理解A-T病理机制提供了新视角，也为开发治疗策略铺平了道路。快来探索单细胞测序的力量，揭开生命科学领域更多未知的秘密吧！
研究背景
A-T（共济失调-毛细血管扩张症）是由ATM基因突变引起的遗传病，导致神经系统退化和运动协调障碍。为揭示其分子机制，研究者利用snRNA-seq分析A-T患者小脑和前额叶皮层的转录组变化，发现小胶质细胞显著活化，类似于神经退行性疾病。通过iPSC模型，证实A-T小胶质细胞表现出促炎性激活，增加细胞毒性，影响神经元健康。该研究强调了胶质细胞活化与神经元损伤之间的联系，为治疗提供了新线索。
文章详情
文章题目：ATM-deficiency-induced microglial activation promotes neurodegeneration in ataxia-telangiectasia
中文标题：ATM 缺乏诱导的小胶质细胞活化促进共济失调毛细血管扩张症中的神经退行性变
发表时间：2024.01
期刊名称：Cell Reports
影响因子：7.5
实验平台：单细胞核转录组测序
DOI：10.1016/j.celrep.2023.113622
研究结果
1、单核RNA测序描绘A-T人类小脑和前额叶皮层
研究者使用单核RNA测序（snRNA-seq）技术分析了A-T（共济失调-毛细血管扩张症）患者的小脑和前额叶皮层（PFC），揭示了特异性的转录变化。结果显示，与对照组相比，A-T患者的这两个脑区存在显著的细胞类型特异性基因表达差异，为后续研究奠定了基础。
Fig1. 剖析细胞类型特异性对A-T中神经变性的贡献
2、snRNA-seq重现神经病理学特征并揭示A-T小脑中胶质细胞群增加及单基因的小脑疾病基因表达
通过snRNA-seq技术，研究者重现了A-T小脑中的神经病理特征，并发现胶质细胞群体显著增加。A-T小脑中星形胶质细胞、小胶质细胞和少突胶质细胞的数量明显高于对照组。此外，单基因的小脑疾病基因主要富集于浦肯野细胞和颗粒细胞，强调了细胞类型特异性基因表达的重要性。
Fig2. 通过snRNA-seq解析A-T和对照人小脑中的细胞类型
3、A-T中钙信号失调及浦肯野神经元的影响
A-T中小脑细胞类型的转录失调尤其影响钙信号通路和浦肯野神经元。GO富集分析显示，浦肯野细胞中下调的基因显著富集于钙相关通路。ATM功能丧失可能导致钙稳态异常，进而引发浦肯野神经元的异常放电模式和共济失调表型。
Fig3. A-T小脑差异表达基因的GO分析
4、A-T小脑中广泛的细胞类型转录失调及小胶质细胞活化
研究者比较了A-T小脑和PFC之间的基因表达变化，发现A-T小脑小胶质细胞表现出更强的活化特征，特别是在炎症过程和神经元死亡相关基因方面显著上调。此外，多种细胞类型表现出显著的转录失调，提示A-T中小脑细胞间的广泛分子变化。
Fig4. A-T与PFC相比，A-T CB中的小胶质细胞活化程度更高
5、A-T小胶质细胞的活化特征与衰老及神经退行性疾病相似
A-T小脑小胶质细胞表达了多种活化标志物，特别是补体基因C1QA、C1QB、C1QC和C3显著上调。这些特征与阿尔茨海默病等神经退行性疾病相似。进一步分析表明，A-T小胶质细胞共享与衰老和其他神经退行性疾病中观察到的转录组学特征。
Fig5. A-T小脑小胶质细胞与衰老和神经退行性小胶质细胞具有相同的转录组特征
6、A-T小胶质细胞的细胞内在激活及其对神经元的促炎性和细胞毒性影响
研究者通过iPSC衍生模型发现，A-T小胶质细胞表现出NF-κB和I型干扰素信号的细胞内在激活，增加了促炎性细胞因子的分泌。实验显示，A-T iMGLs与神经元共培养显著增加了细胞毒性，尤其是在A-T iMGLs与A-T iNs共培养时，细胞毒性最高。这些结果表明，A-T小胶质细胞的促炎性相互作用增强了对神经元的细胞毒性。
Fig6. A-T患者iPSC衍生的小胶质细胞在神经元共培养中表现出细胞内在激活和细胞毒性增强
主要结论
本研究收集了来自肿瘤核心（TC）和周边脑组织（PTB）的配对样本，进行snRNA-seq和snATAC-seq分析。结果显示，从肿瘤核心浸润到周边脑组织的肿瘤细胞在转录组水平上更类似于少突胶质细胞前体细胞而非星形胶质细胞。肿瘤基因组中的远端调控区域及特定转录因子可能是区域异质性的潜在决定因素。值得注意的是，激活蛋白1（AP-1）在所有GBM状态下均活跃，但其活性从肿瘤核心到周边脑组织逐渐下降，而另一个转录因子BACH1则表现出相反的趋势。联合抑制AP-1和BACH1比单一靶向治疗更能有效减缓小鼠模型中的肿瘤进展并延长生存期。综上所述，我们的研究揭示了浸润GBM细胞显著的分子改变，并证明了针对肿瘤内部及其远端区域异质性的联合治疗具有协同效应。
参考文献：
Lai, Jenny et al. “ATM-deficiency-induced microglial activation promotes neurodegeneration in ataxia-telangiectasia.” Cell reports vol. 43,1 (2024): 113622.
