引言
神經炎症被認為是腦缺血後的一個關鍵病理事件。然而，對非神經細胞的分子和空間特徵以及在缺血性腦中不同細胞型別之間的相互作用的瞭解還很有限。
2024年2月7日，東南大學姚紅紅和南京航空航天大學王傑共同通訊在Science Translational Medicine線上發表題為“Integrating spatial and single-cell transcriptomics to characterize the molecular and cellular architecture of the ischemic mouse brain”的研究論文，該研究用空間轉錄組學來檢測中風後小鼠的缺血半球，並對19,777個位置的轉錄組進行了測序，從而使我們能夠視覺化組織內的轉錄景觀，並確定與特定組織學實體相關的基因表達譜。透過單細胞RNA測序確定的細胞型別確認並豐富了缺血半球的周梗死區域與基因表達的空間標註。
對細胞通訊中的配體-受體相互作用的分析揭示了半乳糖凝集素9與細胞表面糖蛋白CD44（LGALS9-CD44）作為缺血損傷後的一個關鍵訊號通路，並確定了小膠質細胞和巨噬細胞是中風後半乳糖凝集素的主要來源。透過細胞外囊泡介導的Lgals9傳遞改善了光栓塞性中風小鼠的長期功能恢復。Cd44的敲除部分地逆轉了這些治療效果，抑制了寡突膠質細胞的分化和重髓鞘形成。該研究提供了對小鼠中風模型中周梗死區域的詳細分子和細胞特徵的描述，並揭示了Lgals9作為潛在的治療靶點，值得進一步研究。
急性缺血性中風（AIS）是一種常見的疾病，導致數百萬人死亡和殘疾調整生命年的損失。利用RNA測序方法在生理和病理條件下定義細胞狀態取得了巨大進展。例如，單細胞RNA測序（scRNA-seq）已經使得在中風後探索細胞的異質性成為可能。然而，一個基本問題是空間資訊的丟失，包括異質性細胞和分子標誌物在缺血核心周圍的分佈。空間轉錄組學允許對組織進行無偏見的轉錄組分析，同時保持測序分子的空間定位。因此，人們認為，來自正常和疾病組織的單細胞和高維空間資料的正交整合可以促進缺血性損傷後細胞通訊的研究。
缺血性中風引發了強烈的神經炎症反應。這種神經炎症不僅加重了進一步的損傷，導致細胞死亡，而且還透過促進康復發揮了有益作用。遺傳分析表明，缺血性中風與多個基因的表達相關聯，這些基因對神經炎症在小膠質細胞中的反應。但是，星形膠質細胞、少突膠質細胞和浸潤的免疫細胞也顯示出對缺血性損傷的分子反應發生了改變。對大腦範圍和細胞特異性免疫反應的研究已經使得人們更好地理解了這些細胞之間複雜的時間依賴性相互作用，在缺血性損傷後決定病理結果。然而，目前很少有關於中風損傷中心與周邊細胞型別和位置特異性的分子變化的研究。因此，需要對缺血性腦進行空間分辨的單細胞轉錄組學分析。
梗死周圍單細胞空間結構（Credit: Science Translational Medicine）
該研究在小鼠皮層誘導缺血，並利用空間轉錄組學來視覺化組織內的轉錄景觀，並確定與特定組織學實體相關的基因表達譜。單細胞RNA測序確認了已確定的細胞型別，並確定了與缺血相關基因在缺血半球的周梗死區的空間定位。該研究觀察到半乳糖凝集素訊號通路對缺血性損傷具有高度的響應性。
Lgals9主要由小膠質細胞和巨噬細胞表達，是中風後半乳糖凝集素訊號通路的“驅動因子”之一。功能實驗表明了LGALS9在中風後對大腦恢復的有益影響。這種影響被Cd44的敲除所逆轉，Cd44在某些亞型星形膠質細胞和少突膠質細胞前體細胞中表達。這些資料被用來生成一個線上平臺（strokemap.cn），該平臺可用於探索單細胞水平的細胞異質性和缺血性中風後大腦基因表達的空間特徵。
原文連結
https://www.science.org/doi/10.1126/scitranslmed.adg1323
責編|探索君
排版|探索君
文章來源|“iNature”
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