時空簡訊第47期。

大腦作為人體的“指揮官”，對人體的生理活動和心理活動起著重要的指揮作用，它的健康會直接影響人的生存質(zhì)量，甚至壽命。在此，本期特選取了9篇與腦血管疾病、神經(jīng)退行性疾病、腦部感染、癲癇等常見腦部疾病發(fā)病機(jī)制研究相關(guān)的優(yōu)質(zhì)前沿文章，展示了腦部疾病（非癌）研究中得益于時空組學(xué)、單細(xì)胞組學(xué)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵突破成果，以期助力于開發(fā)針對性的腦部疾病診療策略，供了解參考。

腦血管疾病/Cerebral?Vascular?Disease

腦缺血后靈長類動物腦室下區(qū)神經(jīng)源性生態(tài)位的轉(zhuǎn)錄組響應(yīng)和基因表達(dá)的空間模式

Frontiers in Cell and Developmental Biology?[IF：5.201]

① 聯(lián)合轉(zhuǎn)錄組學(xué)和高通量原位雜交（ISH）技術(shù)，檢測缺血后第7天和模擬手術(shù)組獼猴室管膜前下區(qū)（anterior subventricular zone，SVZa）及其亞區(qū)組織基因表達(dá)的變化，揭示了腦缺血后靈長類動物腦室下區(qū)神經(jīng)源性生態(tài)位的轉(zhuǎn)錄組響應(yīng)和基因表達(dá)的空間模式。

② 轉(zhuǎn)錄組學(xué)顯示，缺血性SVZa中有541個基因上調(diào)，488個基因下調(diào)；上調(diào)基因的轉(zhuǎn)錄數(shù)據(jù)顯示了靜止干細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞的典型特征。

③ 通過ISH確定了對照和缺血SVZa中150個基因的表達(dá)，在www.monkey-niche.org可免費(fèi)獲取數(shù)字圖像；大多數(shù)差異表達(dá)基因定位到SVZa紋狀體或胼胝體的室管膜下層。

④ 對這150個基因的表達(dá)模式的比較分析，發(fā)現(xiàn)了靈長類動物SVZa細(xì)胞的幾個新基因標(biāo)記物，包括在缺血性損傷時在靈長類動物SVZa生態(tài)位中強(qiáng)烈表達(dá)的apelin受體（APLNR）。（劉桂林）

Transcriptome response and spatial pattern of gene expression in the primate subventricular zone neurogenic niche after cerebral ischemia.

2020.12.03；DOI：10.3389/fcell.2020.584314

研究文章；非人靈長類動物, 獼猴，腦，腦室下區(qū)，短暫性全腦缺血，神經(jīng)干細(xì)胞, 細(xì)胞標(biāo)記物，原位雜交技術(shù)；Monika C. Chongtham, Haifang Wang, Ivan H. Vachkov, Anton B. Tonchev; Max Planck Institute for Biophysical Chemistry, 中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越中心；Medical University; Germany, 中國, Bulgaria.

神經(jīng)退行性疾病/Neurodegenerative?Diseases

多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病相關(guān)的少突膠質(zhì)細(xì)胞的共同特征

Nature Neuroscience?[IF: 28.771]

① 對野生型（wild-type，WT）小鼠和阿爾茲海默癥（Alzheimer’s disease，AD）模型（5xFAD）小鼠大腦組織進(jìn)行大規(guī)模并行scRNA-seq（MARS-seq），根據(jù)細(xì)胞類型標(biāo)識基因鑒定出11種細(xì)胞類型，對細(xì)胞數(shù)量最多的少突膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和周細(xì)胞進(jìn)行差異分析，發(fā)現(xiàn)與WT小鼠相比，AD小鼠中少突膠質(zhì)細(xì)胞展示出廣泛的轉(zhuǎn)錄改變。

② 對6~24個月齡的WT和AD小鼠大腦中13,572個少突膠質(zhì)細(xì)胞進(jìn)行MARS-seq，鑒定出14個細(xì)胞簇，細(xì)胞簇12在四個不同月齡AD小鼠中都較WT小鼠富集，并隨著AD疾病過程富集程度增加，將這種細(xì)胞命名為疾病相關(guān)少突膠質(zhì)細(xì)胞（disease-associated oligodendrocytes，DOLs）；DOLs與Stat/Irf、YY1/NF-κB、Sox9轉(zhuǎn)錄因子家族相關(guān)，提示與DOLs信號相關(guān)的DEG可能由一組有限的轉(zhuǎn)錄因子回路誘導(dǎo)的。

③ 與WT小鼠相比，tau蛋白病變、合并tau蛋白病變、淀粉樣變小鼠模型，以及實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎小鼠模型和脂多糖誘導(dǎo)的炎癥小鼠模型中都具有大量的少突膠質(zhì)細(xì)胞且高表達(dá)DOLs特征基因Serpina3n，表明DOLs不是5xFAD小鼠模型或淀粉樣變小鼠中所特有的，且少突膠質(zhì)細(xì)胞反應(yīng)的強(qiáng)度與疾病嚴(yán)重程度相關(guān)。

④ 利用空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)和免疫組化分析發(fā)現(xiàn)，在小鼠和人尸檢大腦中表達(dá)關(guān)鍵DOL標(biāo)記物（SERPINA3N和SERPINA3）的少突膠質(zhì)細(xì)胞在腦損傷區(qū)皮質(zhì)和Aβ斑塊附近富集，且表達(dá)量與認(rèn)知能力下降有關(guān)。（蓉寶）

A shared disease-associated oligodendrocyte signature among multiple CNS pathologies.

2022.06.27；DOI：10.1038/s41593-022-01104-7

研究文章；小鼠，腦，阿爾茨海默癥，少突膠質(zhì)細(xì)胞，MARS-seq；Mor Kenigsbuch, Pierre Bost, Michal Schwartz, Ido Amit；Weizmann Institute of Science; Israel.

通過CRISPRa將星形膠質(zhì)細(xì)胞重編程為GABA能神經(jīng)元來挽救帕金森病運(yùn)動癥狀

EMBO Molecular Medicine?[IF：14.260]

① 通過由CRISPR介導(dǎo)的紋狀體星形膠質(zhì)細(xì)胞直接重編程產(chǎn)生的GABA能神經(jīng)元在毒素誘導(dǎo)的帕金森病小鼠模型中挽救了自主運(yùn)動行為，開創(chuàng)了一種超越多巴胺水平恢復(fù)的新型干預(yù)策略。

② 開發(fā)了一種攜帶條件性dCas9激活系統(tǒng)和AAV系統(tǒng)的新型CRISPRa小鼠家系dCAM，僅通過腺病毒遞送dCas9激活劑，以用于內(nèi)源性靶基因的條件誘導(dǎo)。

③ 使用Ascl1、Lmx1a 和Nr4a2因子組合對小鼠紋狀體星形膠質(zhì)細(xì)胞進(jìn)行直接重編程，可在體內(nèi)誘導(dǎo)成為GABA能神經(jīng)元。

④ 為CRISPRa的翻譯應(yīng)用建立了基于AAV的分裂dCas9激活劑系統(tǒng)用于內(nèi)源基因激活，可同時激活5個靶向內(nèi)源基因。

⑤ 基于AAV-dCAS的星形膠質(zhì)細(xì)胞在體內(nèi)重編程為誘導(dǎo)神經(jīng)元，背側(cè)紋狀體經(jīng)免疫組化鑒定為GABA能神經(jīng)元；對背側(cè)紋狀體scRNA-seq得到的3,899個細(xì)胞分析，證實(shí)了dCAM模型中誘導(dǎo)神經(jīng)元的GABAergic命運(yùn)。

⑥ 聯(lián)合AAV-dCAS誘導(dǎo)神經(jīng)元的電生理特性和基于ALN的重編程可挽救毒素誘導(dǎo)的運(yùn)動表型的結(jié)果，證實(shí)誘導(dǎo)的GABA能神經(jīng)元能夠改善帕金森病的特定運(yùn)動癥狀。（舟江海）

Parkinson's disease motor symptoms rescue by CRISPRa-reprogramming astrocytes into GABAergic neurons.

2022.04.04；DOI：10.15252/emmm.202114797

研究文章；小鼠，腦，帕金森病，星形膠質(zhì)細(xì)胞，重新編程，GABA能神經(jīng)元，scRNA-seq；Jessica Giehrl-Schwab, Florian Giesert, Wolfgang Wurst; Institute of Developmental Genetics, Helmholtz Center Munich, Technical University of Munich, Munich Cluster for Systems Neurology (SyNergy), German Center for Neurodegenerative Diseases (DZNE); Germany.

阿爾茲海默病系統(tǒng)生物學(xué)的組學(xué)研究

Ageing Research Reviews?[IF: 10.895]

① 綜述了阿爾茨海默?。ˋlzheimer’s disease，AD）中組學(xué)生物標(biāo)志物特征的最新研究進(jìn)展，包括基因組學(xué)、表觀基因組學(xué)、宏基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、microRNA組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)/脂質(zhì)組學(xué)。在生物體液、人腦組織和動物模型中進(jìn)行的探索性、無偏見、高通量組學(xué)研究為表征AD病理生理學(xué)的主要分子/細(xì)胞通路和腦網(wǎng)絡(luò)的改變提供了證據(jù)。

② 介紹了關(guān)鍵的系統(tǒng)生物學(xué)（systems biology，SB）網(wǎng)絡(luò)方法，并描述了實(shí)現(xiàn)跨多個組學(xué)（multi-omics）層集成的策略，這為將基于系統(tǒng)的AD和AD相關(guān)癡呆的蛋白質(zhì)組學(xué)特征轉(zhuǎn)化為可獲得的生物標(biāo)志物邁出了第一步，從而有意義地提高了患者的預(yù)后和治療管理。

③ 提供了關(guān)于神經(jīng)成像數(shù)據(jù)和組學(xué)數(shù)據(jù)整合（即神經(jīng)成像組學(xué)）的觀點(diǎn)，以及不斷發(fā)展的多組學(xué)如何推進(jìn)AD中的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)。（于鑫/Lina）

Omics sciences for systems biology in Alzheimer’s disease: State-of-the-art of the evidence.

2021.04.27；DOI: 10.1016/j.arr.2021.101346

綜述；腦，阿爾茨海默病，病理生理學(xué)，系統(tǒng)生物學(xué)，多組學(xué)，生物標(biāo)志物圖譜，精確醫(yī)學(xué)；Harald Hampel, Simone Lista; Sorbonne University, Pitié-Salpêtrière Hospital, Boulevard de l’h?pital; France.

帕金森綜合征患者大腦黑質(zhì)細(xì)胞間通訊發(fā)生改變

Frontiers in?Aging?Neuroscience?[IF: 5.750]

① 整合3個已發(fā)表的包括健康對照和帕金森綜合征（Parkinson’s disease，PD）患者樣本的人腦黑質(zhì)（substantia nigra，SN）sc/snRNA-seq數(shù)據(jù)集（GSE126836、GSE140231、GSE157783），進(jìn)行細(xì)胞分群注釋，得到了7個細(xì)胞群，通過亞群分析，得到了多巴胺能神經(jīng)元（dopaminergic neuron，DaN）細(xì)胞簇。

② PD組和健康對照組神經(jīng)元細(xì)胞組成上存在巨大差異，與健康對照相比，PD樣本中的小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量顯著增加。

③ 用CellChat（一種可以通過sc/snRNA-seq數(shù)據(jù)推斷細(xì)胞間通訊的最新算法）分析健康供體和PD患者的細(xì)胞間通訊，發(fā)現(xiàn)PD患者中DaN與其他非神經(jīng)元細(xì)胞簇之間的整體相互作用數(shù)減少，而相互作用強(qiáng)度增加。與對照組相比，PD患者的CRH、PACAP、PROS和其他一些信號傳導(dǎo)通路被關(guān)閉，而CCL、VEGF、GDF和VISFATIN被打開；一些信號通路活性減少，如GDNF、NGF和PAR，一些信號通路活性上升，如ANGPT、EGF和HGF。

④ 分析DaNs參與的細(xì)胞間通訊，發(fā)現(xiàn)PD中的DaN與其他非神經(jīng)細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞間通訊的信號通路發(fā)生改變，包括一些生長因子、神經(jīng)營養(yǎng)因子、趨化因子等途徑。（邢雅楠）

Cell–cell communication alterations via intercellular signaling pathways in substantia nigra of Parkinson’s disease.

2022.02.25；DOI：10.3389/fnagi.2022.828457

研究文章；人，大腦，帕金森病，sc/snRNA-seq，CellChat，多巴胺能神經(jīng)元，細(xì)胞間通訊，信號通路；Maoxin Huang, Liang Xu, Yuyan Tan, Shengdi Chen；上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院，同濟(jì)大學(xué)醫(yī)學(xué)院，上海理工大學(xué)；中國

腦部感染/Brain Infection

時間單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)和表觀遺傳學(xué)揭示效應(yīng)型、記憶型和耗竭型CD8+T細(xì)胞中共同和獨(dú)特的生物回路

Nature Immunology?[IF：31.250]

① 基于淋巴細(xì)胞脈絡(luò)叢腦膜炎病毒（lymphocytic choriomeningitis virus，LCMV）的急性和慢性感染模型，通過聯(lián)合scRNA-seq和scATAC-seq技術(shù)縱向分析不同分化時間點(diǎn)的效應(yīng)型（Teff）、記憶型（Tmem）或耗竭型（Tex）CD8+T細(xì)胞，構(gòu)建了不同CD8+T細(xì)胞亞群的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組和表觀染色質(zhì)可及性圖譜，揭示了Teff、Tmem和Tex?CD8+T細(xì)胞的異質(zhì)性和分化發(fā)育軌跡。

② 鑒定了新的Teff、Tmem和Tex細(xì)胞亞群，包括一個表達(dá)依賴于轉(zhuǎn)錄因子Zeb2的自然殺傷細(xì)胞相關(guān)基因的耗竭Tex細(xì)胞亞群，以及急性和慢性感染中的多個不同的TCF-1+干/祖細(xì)胞樣細(xì)胞亞群。

③ 程序性死亡1（PD-1）通路阻斷會改變已有的Tex細(xì)胞亞群之間的動態(tài)平衡，促進(jìn)Exh-Prog向Exh-Int的分化。

④ 具有不同染色質(zhì)景觀的CD8+T細(xì)胞在不同分化發(fā)育通路中可以使用共同的生物學(xué)特征，如細(xì)胞毒性或干細(xì)胞/祖細(xì)胞性。

⑤ 細(xì)胞應(yīng)激調(diào)節(jié)因子Btg1是Tex細(xì)胞分化的新型調(diào)控基因。（Lina）

Shared and distinct biological circuits in effector, memory and exhausted CD8+ T cells revealed by temporal single-cell transcriptomics and epigenetics.

2022.10.21；DOI：10.1038/s41590-022-01338-4

研究文章；腦，腦膜炎，淋巴細(xì)胞脈絡(luò)叢腦膜炎病毒，CD8+T細(xì)胞，scRNA-seq，scATAC-seq；Josephine R. Giles, E. John Wherry; University of Pennsylvania; USA.

癲癇/Epilepsy

人難治性癲癇的免疫介導(dǎo)機(jī)制：小膠質(zhì)細(xì)胞的廣泛激活和其他促炎免疫細(xì)胞的浸潤

Nature Neuroscience?[IF：24.884]

① 從6名難治性癲癇（drug-refractory epilepsy，DRE）患者的11個腦組織病灶中分離出免疫細(xì)胞，完成CITE-seq建庫和單細(xì)胞測序，得到85,780個細(xì)胞、22,968個基因，聚類為26個細(xì)胞亞群，描述了DRE組織的免疫微環(huán)境，為未來的神經(jīng)炎癥研究和臨床的介入治療發(fā)展提供豐富資源。

② 定義出13種小膠質(zhì)細(xì)胞、6種浸潤型免疫細(xì)胞亞群、3種神經(jīng)血管單位(NVU)、1種少突膠質(zhì)細(xì)胞和3種其他細(xì)胞類型，明確區(qū)分了大腦中的駐留細(xì)胞和免疫浸潤細(xì)胞。

③ 與1,098個病理評估為正常的癲癇患者（scRNA-seq）和3,331個非神經(jīng)系統(tǒng)疾病對照（snRNA-seq）比較，發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細(xì)胞在DRE組織中表現(xiàn)為促炎表型（高表達(dá)IL1B、IL1A、TNF、CCL2和CCL4）；由小膠質(zhì)細(xì)胞引起的潛在原發(fā)性免疫失衡會產(chǎn)生利于慢性免疫炎癥的微環(huán)境。

④ 深入分析一例兒童癲癇患者的免疫浸潤數(shù)據(jù)，結(jié)合抗體衍生標(biāo)簽（antibody-derived tags，ADT）分析和譜聚類等得到更高分辨率的細(xì)胞分類，進(jìn)一步證明DRE患者腦內(nèi)存在記憶CD4+和細(xì)胞毒性CD8+T細(xì)胞的浸潤，并建立NVU和免疫細(xì)胞之間的相互作用網(wǎng)絡(luò)。

⑤ 利用PIC-seq、免疫組化和流式細(xì)胞術(shù)，驗(yàn)證了小膠質(zhì)細(xì)胞與T細(xì)胞存在直接相互作用且會增強(qiáng)促炎和細(xì)胞毒性功能，提示小膠質(zhì)細(xì)胞在腦內(nèi)具有直接的抗原提呈作用。（徐曉靜）

Single-cell transcriptomics and surface epitope detection in human brain epileptic lesions identifies pro-inflammatory signaling.

2022.06.23；DOI：10.1038/s41593-022-01095-5

研究文章；人，腦，癲癇，免疫微環(huán)境，免疫浸潤，CITE-seq，免疫組化，PIC-seq；Pavanish Kumar，Derrick Chan，Salvatore Albani；Translational Immunology Institute, SingHealth/Duke-NUS Academic Medical Centre，KK Women's and Children’s Hospital；Singapore.

腦部創(chuàng)傷/Traumatic Brain Injury

再生小膠質(zhì)細(xì)胞以IL-6依賴性方式促進(jìn)大腦修復(fù)

Cell?[IF：38.637]

① 使用創(chuàng)傷性腦損傷（traumatic brain injury，TBI）小鼠模型，結(jié)合條件敲除技術(shù)、熒光激活的細(xì)胞核分選方法、空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)等技術(shù)，發(fā)現(xiàn)哺乳動物大腦中的小膠質(zhì)細(xì)胞可以被操縱，以采取一種神經(jīng)保護(hù)和促再生的表型，幫助修復(fù)和減輕腦損傷引起的認(rèn)知缺陷。

② 從小鼠大腦中消除小膠質(zhì)細(xì)胞不會改善TBI后的認(rèn)知能力或成熟神經(jīng)發(fā)生。

③ 通過藥理學(xué)或遺傳學(xué)方法誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞再生，可減輕TBI后的空間學(xué)習(xí)障礙并刺激TBI后功能性神經(jīng)發(fā)生。

④ 再生小膠質(zhì)細(xì)胞的神經(jīng)保護(hù)作用依賴于IL-6反式信號，而不是經(jīng)典途徑；再生小膠質(zhì)細(xì)胞具有獨(dú)特的轉(zhuǎn)錄譜，可調(diào)節(jié)TBI后的微環(huán)境。（沈娟/Lina）

Repopulating microglia promote brain repair in an IL-6-dependent manner.

2020.03.05；DOI：10.1016/j.cell.2020.02.013

研究文章；小鼠，腦，創(chuàng)傷性腦損傷，星形膠質(zhì)細(xì)胞，神經(jīng)干細(xì)胞/祖細(xì)胞，神經(jīng)炎癥，小膠質(zhì)細(xì)胞，RNA-seq，空間轉(zhuǎn)錄組；Emily F Willis, Jana Vukovic; Queensland Brain Institute, The University of Queensland; Australia.

神經(jīng)遺傳疾病/Neurogenetic Disorders

大腦中易患神經(jīng)遺傳性疾病的區(qū)域的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析

Nature Communications?[IF：12.121]

① 通過整合由基因組拷貝數(shù)變異（genomic copy number variations，CNV）引起的神經(jīng)發(fā)育障礙患者的皮質(zhì)神經(jīng)影像數(shù)據(jù)和健康受試者的基因表達(dá)數(shù)據(jù)，揭示了調(diào)節(jié)神經(jīng)遺傳疾病中遺傳風(fēng)險(xiǎn)與大腦區(qū)域變化的映射的組織原理，可能為基于CNV的腦部疾病的個性化醫(yī)學(xué)進(jìn)展開辟新途徑。

② 通過研究基因定義（而不是行為定義）的患者隊(duì)列，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與事先已知的一組基因進(jìn)行基準(zhǔn)比較，構(gòu)建了用于預(yù)測區(qū)域脆弱性的人類轉(zhuǎn)錄易損性模型，該模型可與基因表達(dá)的細(xì)胞類型依賴性模式相關(guān)聯(lián)。

③ 人腦的細(xì)胞組織提供了一個生物鏡頭，可以將特定基因的疾病相關(guān)改變轉(zhuǎn)化為特定大腦分布區(qū)域的疾病相關(guān)改變，并利用這個細(xì)胞框架來縮小關(guān)于特定基因和細(xì)胞類型的假設(shè)，實(shí)現(xiàn)了對許多潛在大腦區(qū)域、細(xì)胞類別和基因的廣泛篩選，而不依賴于患者的死后組織或模型系統(tǒng)的泛化。

④ 利用直接測量CNV載體的基因表達(dá)，完善并進(jìn)一步驗(yàn)證了轉(zhuǎn)錄易損性模型；CNV攜帶者腦部空間結(jié)構(gòu)的改變是由CNV區(qū)域基因在人腦中的內(nèi)在表達(dá)梯度決定的；成年期皮質(zhì)膜的內(nèi)在轉(zhuǎn)錄差異與皮質(zhì)膜的遺傳性神經(jīng)發(fā)育障礙有關(guān)。（田斌）

Transcriptomic and cellular decoding of regional brain vulnerability to neurogenetic disorders.

2020.07.03；DOI：10.1038/s41467-020-17051-5

研究文章；人，腦，神經(jīng)發(fā)育障礙，神經(jīng)遺傳疾病，拷貝數(shù)變異，基因表達(dá)，轉(zhuǎn)錄易損性模型，MRI，單細(xì)胞分析；Jakob Seidlitz, Armin Raznahan; National Institute of Mental Health, University of Cambridge; USA, UK.