单核转录组分析揭示了脑出血后神经炎症和髓鞘修复的时间动态变化

《Clinical and Translational Medicine》：Single-nucleus transcriptomic profiling reveals temporal dynamics of neuroinflammation and myelin repair after intracerebral haemorrhage

　　本研究利用单细胞RNA测序分析胶原酶诱导的脑出血小鼠模型，发现炎症模块在疾病进程中持续激活，巨噬细胞（MAC）和微胶质细胞（MGL）在急性期主导炎症反应，而T细胞在修复期与少突胶质细胞（OLG）相互作用促进髓鞘再生。MIF信号通路通过CD44/CD74受体介导早期炎症，后期TGFβ通路和NACM1-FGFR2相互作用参与修复。研究揭示了脑出血中免疫细胞动态和神经修复的分子机制。

　　本研究聚焦于脑内出血（ICH）这一严重类型的脑卒中，旨在通过单核RNA测序（snRNA-seq）技术，揭示ICH发生过程中神经炎症和髓鞘修复的动态变化及其背后的分子机制。ICH是一种发病迅速、病理复杂且治疗手段有限的疾病，其特点是血液渗入脑实质，引发一系列有害的生理和细胞反应，包括脑水肿、凝血酶毒性以及神经炎症等。这些反应不仅加剧了原发性脑损伤，还可能阻碍组织修复，导致长期的神经功能障碍。因此，深入理解ICH的病理过程和细胞反应对于开发新的治疗策略具有重要意义。

本研究采用了一种系统性的方法，构建了一个高通量的snRNA-seq数据集，涵盖了ICH模型在受伤后1、3、7、14和28天的时间点，以及未受伤的对照组。通过这一方法，研究人员能够识别出21种主要的细胞类型，并对它们在ICH过程中的动态变化进行详细分析。研究结果表明，某些细胞类型在ICH的不同时期表现出显著的时空变化，而这些变化可能对疾病的进展和恢复产生深远影响。例如，神经元的比例在ICH后显著下降，这可能与周围神经元的死亡有关；而胶质细胞和免疫细胞则在特定时间点表现出明显的增加趋势，尤其是在ICH早期，巨噬细胞（MAC）和小胶质细胞（MGL）的丰度显著上升，提示它们在急性期的炎症反应中扮演关键角色。

研究还揭示了神经炎症在ICH后的持续性。通过共表达网络分析，研究人员发现了一个在ICH过程中持续活跃的“炎症模块”，这一模块的激活可能与多种免疫细胞的相互作用有关。进一步的分析表明，巨噬细胞可能通过迁移抑制因子（MIF）信号通路参与早期炎症反应，并与表达MIF的细胞形成配体-受体对，如CD44和CD74。这种相互作用可能促进了细胞存活和增殖，从而影响局部炎症的进展。此外，研究发现，在恢复阶段，T细胞可能与髓鞘形成细胞（MFOL）发生相互作用，这一过程可能有助于髓鞘的再生。具体而言，T细胞通过与MFOL的配体-受体相互作用，如Ncam1、Fgfr1和Fgfr2，可能在髓鞘修复过程中发挥重要作用。

研究还关注了免疫细胞在ICH中的动态变化及其功能转变。在早期阶段，巨噬细胞主要负责清除铁离子，维持铁稳态，这可能对神经元的存活有益。然而，随着ICH的进展，巨噬细胞的功能逐渐向清除细胞碎片和抗炎方向转变。例如，MAC_2亚型在后期表现出对T细胞激活的调控作用，这可能表明其在抑制过度炎症反应中的潜在功能。与此同时，T细胞的丰度在ICH后期显著增加，并且其功能从细胞毒性向调节性转变。这一转变可能与恢复阶段的免疫调节有关，有助于减少炎症对组织的进一步损害。

在髓鞘修复方面，研究发现，在ICH后期，少突胶质细胞（OLG）和其前体细胞（OPC）表现出显著的分化和成熟迹象。特别是，在损伤后第7天，新生少突胶质细胞（NFOL）的比例开始上升，而成熟少突胶质细胞（MOL）则在后续阶段显示出更高的表达水平。这表明，在ICH的恢复阶段，少突胶质细胞可能通过加速其分化过程，参与髓鞘的修复和再生。此外，研究还发现，一些关键基因，如Vcan、Chn2、Eml1和Larp6，在髓鞘形成过程中表现出动态的表达模式，这可能与髓鞘的再生过程密切相关。

研究还探讨了T细胞与髓鞘形成细胞之间的潜在相互作用。通过使用NicheNetR工具，研究人员识别出T细胞可能通过特定的配体与MFOL进行交流，其中TGF-β1作为一种关键的配体，可能通过其受体Tgfbr1、Itgb8、Itgav和App，调控MFOL的分化和功能。尽管T细胞在ICH后期的丰度较低，但它们的功能转变可能对髓鞘修复具有重要意义。然而，由于T细胞数量有限，进一步区分其亚型及其具体作用仍需更多的实验验证。

本研究的发现不仅揭示了ICH中免疫细胞和神经细胞的复杂互动，还提供了关于炎症和修复过程的系统性视角。通过整合snRNA-seq数据与免疫荧光染色结果，研究人员能够更清晰地描绘出这些细胞在不同时间点的分布和功能变化。例如，在损伤后第14天，T细胞与髓鞘结构的接近性可能提示其在修复过程中的潜在作用。此外，研究还指出，在ICH的恢复阶段，髓鞘形成和修复可能受到多种因素的影响，包括T细胞的调节作用、髓鞘形成细胞的分化能力以及局部微环境的变化。

综上所述，本研究利用先进的单核RNA测序技术，结合多种生物信息学方法，系统地分析了ICH过程中的细胞动态和分子机制。这些发现不仅加深了我们对ICH病理生理过程的理解，还为开发新的治疗策略提供了理论依据。例如，针对炎症的调控可能成为干预ICH进展的关键，而促进髓鞘修复则可能有助于改善患者的神经功能。此外，研究还指出了未来研究的方向，包括进一步探索T细胞在髓鞘形成中的具体作用，以及更深入地理解免疫细胞功能转变的分子机制。这些成果为ICH的临床研究和治疗提供了重要的参考。