文獻解讀:小鼠脊髓小膠質細胞對周圍神經損傷的時間和性別特異性反應
影響因子：16.6
導讀
周圍神經損傷常導致神經病理性疼痛,這是一種與自發和輕接觸引起的疼痛相關的虛弱疾病,伴有脊髓背角小膠質細胞的激活和增殖。小膠質細胞亞群可能不同程度地導致疼痛。作者指出,周圍神經損傷導致小鼠脊髓小膠質細胞亞群的時間和性別特異性轉錄改變,而APOE與小鼠和人類的神經病理性疼痛過敏性有關。
研究技術
對小鼠和人的脊髓樣本進行單細胞轉錄組測序
研究路線圖
研究結果
1. 神經性疼痛中的小膠質細胞單細胞轉錄圖譜
小鼠雌雄分組后分別進行單側或雙側SNI（spared nerve injury）手術，并于第3天（急性疼痛發展階段），第14天（疼痛發展的亞慢性階段）及第5個月（神經性疼痛的慢性階段）收集小鼠新鮮脊髓樣本，流式分選后進行scRNA-seq；共檢測到188787個小膠質細胞，UMPA分析得到11個cluster，所有亞群中都表達經典的小膠質細胞基因，如: Tmem119, Fcrls, P2ry12, Cx3cr1, Trem2 ,以及 C1qa。
2. 脊髓小膠質轉錄狀態的異質性
比較不同cluster在不同時間點的細胞類型占比情況，Cluster9在naive中沒有，在SNI第3天，雄性小鼠中的數量顯著增加，而雌性小鼠中的數量未增加。在SNI后第14天和第5個月，雌雄鼠都沒有檢測到Cluster9。表明神經損傷引起的急性發作和雄性特異性起源。周圍神經損傷后雄性小鼠小膠質細胞增殖比雌雄小鼠大。SNI試驗3天后，雄性小鼠中cluster7和8細胞占比從0.5%增加到20.8%，雌性小鼠的增幅較小僅從1.7%增加到13.2%，表明雌性小鼠小膠質細胞增殖減弱。
3. 周圍神經損傷引起小膠質細胞轉錄組性別間特異性變化
為了研究周圍神經損傷后小膠質細胞的轉錄變化，分析在雄性和雌性小鼠中三個時間點，每個小膠質細胞簇的SNI與SHAM組中的差異表達基因（DEGs）。在SNI試驗3天檢測到大量的差異基因，14天和5個月后差異基因數目減少。SNI試驗3天，絕大多數的基因表達變化發生在cluster1-9中，14天和5個月則是cluster1-6。在SNI后，小膠質細胞中大量編碼核糖體蛋白（小核糖體亞基（Rps）和大核糖體亞基（Rpl））的mrna的表達發生了變化，這種效應影響雄性中更加明顯。雄性小鼠在神經損傷3天后引起強烈的免疫反映，雌性小鼠炎癥過程顯著減少主要包括ATF-6介導的未折疊蛋白反應和受體介導的內吞作用。
4. ApoE在神經性疼痛的慢性階段的小膠質細胞中表達上調
IRM （損傷反應性小膠質細胞）的經典標記基因是ApoE，它參與脂質代謝和運輸，分析發現 ApoE 在第 5 亞群中高表達。在 SNI 后在第 14 天和 5 個月，雌雄鼠的 ApoE 表達都明顯升高。這些結果表明，在周圍神經損傷后的小膠質細胞中持續上調，提示ApoE可能在小膠質細胞對周圍神經損傷的慢性反應中起作用。
5. 人類脊髓小膠質細胞在單細胞水平上的特征
從三例人的脊髓樣本進行單細胞測序，共檢測到3823個細胞，分8個細胞簇，均表達典型的小膠質細胞標記TREM2和C1QA。每個亞群特征性表達的marker基因以及不同的GO功能。每個聚類的基因表達與IRM、DAM和ATM基因表達特征的富集的熱圖，Cluster4與之最顯著，具有5個核心基因的共同轉錄特征：LPL、SPP1、APOE、CD63和CTSB。人類小膠質細胞（H1、H2和H3）、小鼠小膠質細胞（M1、M2、M3和M4），計算Pearson相關系數，有很強的相關性。人和小鼠的小膠質細胞之間有很強的相關性，尤其是cluster1、2、3和6。最值得注意的是識別到了cluster4，顯示與先前小鼠大腦中識別的短暫發育（ATM）和疾病相關特征（IRM/DAM）顯著相似性。
參考文獻:
Tansley Shannon,Uttam Sonali,Ureña Guzmán Alba et al. Single-cell RNA sequencing reveals time- and sex-specific responses of mouse spinal cord microglia to peripheral nerve injury and links ApoE to chronic pain.[J] .Nat Commun, 2022, 13: 843.
