近日，江西農(nóng)業(yè)大學(xué)豬遺傳改良與種質(zhì)創(chuàng)新全國重點實驗室黃路生院士團隊在國際知名學(xué)術(shù)期刊《National Science Review》（五年影響因子17.7）發(fā)表了題為“Microglial function alterations during healthy ageing and canine cognitive dysfunction revealed by single-nucleus and spatial transcriptomics”的重要研究成果。該成果系統(tǒng)研究了健康衰老與老年癡呆認(rèn)知障礙犬的腦細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組，揭示了認(rèn)知障礙犬中小膠質(zhì)細(xì)胞C1QA與神經(jīng)元CRT互作介導(dǎo)突觸損傷的新機制。

我校楊思雨博士后（兼第一作者）、景琦琦博士（兼共同第一作者，山東畜牧獸醫(yī)職業(yè)學(xué)院）與黃路生院士為通訊作者。

       研究背景：

截至2024年統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，全球阿爾茨海默病（AD）患者人數(shù)已逾5500萬（阿爾茨海默病協(xié)會，2024）。我國目前AD患者約983萬，平均每10位65歲以上的老年人中即有1人患病（中國阿爾茨海默病報，2024）。作為老年期最常見的癡呆類型，AD以腦內(nèi)β-淀粉樣蛋白（Aβ）沉積和神經(jīng)原纖維纏結(jié)為核心病理特征，是導(dǎo)致認(rèn)知功能進行性喪失的主要原因之一。迄今該病的分子機制尚未完全闡明，因此缺乏有效治療手段，對醫(yī)療衛(wèi)生、家庭照護及社會經(jīng)濟均構(gòu)成沉重負(fù)擔(dān)。

目前，AD研究主要依賴嚙齒類動物小鼠或大鼠作為模式生物。這類動物因其體型較小、易于進行基因操作等優(yōu)勢，常被用于構(gòu)建過表達家族性AD相關(guān)基因突變的轉(zhuǎn)基因小鼠模型（如3×Tg和5×FAD），以模擬部分病理過程（Michael Z.等，2024）。然而，由于小鼠壽命較短、神經(jīng)解剖結(jié)構(gòu)相對簡單，加之現(xiàn)有AD轉(zhuǎn)基因模型在病理生理特征方面與人類患者存在顯著差異，該類模型難以全面模擬人類AD的自然發(fā)病與發(fā)展過程（Zhengjiang等，2024）。這一局限性嚴(yán)重制約了AD機制研究的深入以及有效治療策略的研發(fā)。

相比之下，大型動物模型（如豬和犬）在腦結(jié)構(gòu)與功能方面與人類更具保守性：它們具有類似的腦溝回結(jié)構(gòu)和保守的靜息態(tài)網(wǎng)絡(luò)組織（Joan K.等，2021），近年研究還提示其在細(xì)胞類型特異性轉(zhuǎn)錄組層面也具有顯著的跨物種相似性（Siyu等，2023）。基于上述背景，本研究團隊以“一豬兩用”為核心策略，致力于構(gòu)建能夠更準(zhǔn)確模擬人類AD病理特征與臨床表現(xiàn)的豬/犬類大動物模型，以推動相關(guān)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究的發(fā)展。

在研究老年癡呆大動物模型過程中，研究團隊發(fā)現(xiàn)犬類作為與人類共享生活環(huán)境的伴生物種，不僅衰老過程與人類相似，還可自發(fā)出現(xiàn)犬認(rèn)知障礙綜合征（CCD）（Alexandra A.等，2023）。該綜合征在病理上表現(xiàn)為Aβ斑塊和NFT形成，在行為特征方面也與人類AD高度接近，約22%的老年犬會罹患CCD（Alexandra A.等，2023），因此被視為研究AD及衰老機制的理想自然模型之一。因此，本研究通過獲得因自然死亡而自愿捐贈的CCD犬只樣本，并結(jié)合老年實驗犬設(shè)計研究方案，旨在利用這一自發(fā)模型推動AD病理機制與干預(yù)策略研究。

主要研究內(nèi)容：

研究團隊首先利用單核RNA測序（snRNA-seq）和空間轉(zhuǎn)錄組（Stereo-seq）技術(shù)，構(gòu)建了健康衰老大腦的單核轉(zhuǎn)錄組圖譜，以及CCD與非CCD犬大腦的對比性單核與空間轉(zhuǎn)錄組圖譜。基于上述圖譜，分別開展了以下分析：（1）正常衰老過程中不同細(xì)胞類型的轉(zhuǎn)錄動態(tài)變化；（2）CCD與非CCD犬大腦的病理機制差異分析；（3）正常衰老與CCD相關(guān)病理性衰老的分子特征比較，特別關(guān)注小膠質(zhì)細(xì)胞在這兩種狀態(tài)下的共同與特異性變化。

通過對健康衰老圖譜的分析，研究團隊發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)細(xì)胞在衰老過程中表現(xiàn)出顯著的轉(zhuǎn)錄可塑性。線性回歸分析顯示，膠質(zhì)細(xì)胞——尤其是少突膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞——隨衰老發(fā)生明顯的轉(zhuǎn)錄重編程。進一步針對這三類細(xì)胞的亞型分析，鑒定并驗證了兩種此前未被報道的衰老相關(guān)亞型：小膠質(zhì)細(xì)胞中的Micro MBP?亞型與星形膠質(zhì)細(xì)胞中的Astro MBP?亞型，二者均參與髓鞘合成過程。此外，在少突膠質(zhì)細(xì)胞中鑒定出轉(zhuǎn)錄因子ZEB1，其表達隨衰老逐漸下降，該因子調(diào)控少突膠質(zhì)細(xì)胞的分化，這一發(fā)現(xiàn)此前尚未被報道。

基于CCD與nonCCD犬的比較圖譜，團隊進一步探究了CCD的致病機制。通過snRNA-seq數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在CCD犬中，小膠質(zhì)細(xì)胞來源的C1QA與海馬神經(jīng)元中的CRT發(fā)生相互作用，介導(dǎo)突觸損傷。該互作關(guān)系首先通過空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)得以驗證，進一步通過細(xì)胞共培養(yǎng)實驗證實：C1QA與CRT的相互作用可導(dǎo)致突觸標(biāo)志物SYN1表達顯著下降，從而明確了該分子機制。

為區(qū)分健康衰老與CCD的分子差異，研究團隊系統(tǒng)篩選了AD相關(guān)風(fēng)險基因集，并分析其在不同細(xì)胞類型衰老過程中的表達模式。結(jié)果顯示，多數(shù)AD風(fēng)險基因在小膠質(zhì)細(xì)胞中高度表達。進一步比較小膠質(zhì)細(xì)胞在正常衰老與CCD狀態(tài)下的轉(zhuǎn)錄動態(tài)，發(fā)現(xiàn)CCD犬的小膠質(zhì)細(xì)胞代謝淀粉樣前體蛋白的能力明顯低于正常衰老犬，提示其功能退化可能與CCD的病理機制密切相關(guān)。

研究意義：

研究團隊創(chuàng)新性地以犬為模型，系統(tǒng)闡釋衰老及相關(guān)認(rèn)知障礙的分子機制，不僅推動了犬作為人類AD轉(zhuǎn)化模型的應(yīng)用，也為解析AD機制提供了關(guān)鍵依據(jù)。通過系統(tǒng)解析認(rèn)知障礙犬模型中膠質(zhì)細(xì)胞在生理衰老與CCD病理狀態(tài)下的差異，研究團隊為犬認(rèn)知障礙的早期干預(yù)提供了理論基礎(chǔ)，并為區(qū)分年齡相關(guān)認(rèn)知衰退與CCD特異性病理進程提供了依據(jù)。研究成果有望為老年癡呆早期診斷提供潛在分子標(biāo)志物，并為其發(fā)病機制解析提供重要細(xì)胞機制參考。