基于单细胞和空间转录组学的小鼠脓毒症相关脑病研究

背景

脓毒症致死的器官功能紊乱，与感染引起的宿主反应失衡有关，全球死亡率高。最新研究表明，脓毒症导致大脑功能受损，称为脓毒症关联脑病(SAE)。SAE的症状包括意识改变、认知障碍和神经失调，导致较高死亡率和长期神经损伤。尽管研究了氧化应激、细胞因子增多等机制，SAE的具体病理生理学不明，亟需进一步研究。单核细胞RNA测序(snrna-seq)对繁杂细胞异质性的切割有助于疾病单细胞标志的发现。然而，传统的转录组学方法在组织解离过程中忽略了空间信息，限制了对组织损伤炎症细胞招募机制的理解。空间转录组学则提供了在组织切片中评估基因表达的手段，能够保留组织原位的空间信息。

论文来源

本研究由朱艳艳、张茵为共同第一作者，赵平森为主要联系人，该研究发表于《Journal of Neuroinflammation》杂志，刊发于2024年。研究小组成员来自多个科研机构，主要作者包括：周艳艳、张茵、何胜、易三军、冯浩、夏现洙、房晓东、龚晓茜、赵平森。

研究内容与方法

研究建立了小鼠脂多糖(LPS)腹腔注射模型，监测0小时、12小时、24小时、72小时后的脑组织变化。使用了先进的snrna-seq和立体序列(stereo-seq)技术，全面描述了脑内细胞反应和分子模式。对比了野生型小鼠和缺失ANXA1基因的小鼠反应差异。通过应用相空间转录组学(sptran脚本)，研究人员进行cell type解构、co-localization分析，揭示了在V1A2M2区域中astro-2、micro-2、vas-1细胞间的相互作用。此外，使用了包含2033个配对检测的Ligand-receptor分析，找到了TIMP1与CD63、ITGB1、LRP1的重要相互作用。

研究结果

研究发现，ANXA1基因敲除小鼠(LPS模型)在12小时和24小时后脑组织中Astro-2与Micro-2细胞比例显著增加。这两类细胞与血管细胞(vas-1)共定位，形成特殊区域V1A2M2。研究发现，这一区域内诸如TIMP1-CD63、CCL2-ACKR1与CXCL2-ACKR1等配对表达上调。ANXA1敲除增加模型死亡率，但在其他脑细胞类型、数量和分布方面未观察到显著差异。研究还发现在脂多糖挑战后脑内ANXA1表达增加，提出这种细胞共定位及配体受体对增加的相关性可能是SAE的潜在机制。

研究结论

该研究成功鉴定了一种独特的细胞共定位，即包括astro-2、micro-2和vas-1细胞的病理区域，并观察到这些细胞的相关配体-受体对上调。在ANXA1敲除的小鼠中观察到与死亡率的增加相关的变化，提示这种细胞排列与SAE或ANXA1敲除小鼠观察到的死亡率增加的潜在机制有关。

研究意义

这项研究提供了关于SAE发病机制独特细胞类型的科学价值和潜在临床应用的见解，为未来治疗策略的发展奠定了重要的基础。通过融合snRNA-seq与空间转录组学以映射脑内分子标记，该研究不仅增进了对SAE的理解，而且为研究神经炎症状况中的细胞激活提供了空间信息，有望大大深化我们对神经炎症复杂机制的认识。