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文献解读|单细胞RNA测序揭示了小鼠脊髓小胶质细胞对周围神经损伤的时间和性别特异性反应，并将ApoE与慢性疼痛联系起来
期刊：Nat Commun
影响因子：16.6
导读
周围神经损伤常导致神经病理性疼痛,这是一种与自发和轻接触引起的疼痛相关的虚弱疾病,伴有脊髓背角小胶质细胞的激活和增殖。小胶质细胞亚群可能不同程度地导致疼痛。作者指出,周围神经损伤导致小鼠脊髓小胶质细胞亚群的时间和性别特异性转录改变,而APOE与小鼠和人类的神经病理性疼痛过敏性有关。
研究技术
对小鼠和人的脊髓样本进行单细胞转录组测序
研究路线图
研究结果
1. 神经性疼痛中的小胶质细胞单细胞转录图谱
小鼠雌雄分组后分别进行单侧或双侧SNI（spared nerve injury）手术，并于第3天（急性疼痛发展阶段），第14天（疼痛发展的亚慢性阶段）及第5个月（神经性疼痛的慢性阶段）收集小鼠新鲜脊髓样本，流式分选后进行scRNA-seq；共检测到188787个小胶质细胞，UMPA分析得到11个cluster，所有亚群中都表达经典的小胶质细胞基因，如: Tmem119, Fcrls, P2ry12, Cx3cr1, Trem2 ,以及 C1qa。
2. 脊髓小胶质转录状态的异质性
比较不同cluster在不同时间点的细胞类型占比情况，Cluster9在naive中没有，在SNI第3天，雄性小鼠中的数量显著增加，而雌性小鼠中的数量未增加。在SNI后第14天和第5个月，雌雄鼠都没有检测到Cluster9。表明神经损伤引起的急性发作和雄性特异性起源。周围神经损伤后雄性小鼠小胶质细胞增殖比雌雄小鼠大。SNI试验3天后，雄性小鼠中cluster7和8细胞占比从0.5%增加到20.8%，雌性小鼠的增幅较小仅从1.7%增加到13.2%，表明雌性小鼠小胶质细胞增殖减弱。
3. 周围神经损伤引起小胶质细胞转录组性别间特异性变化
为了研究周围神经损伤后小胶质细胞的转录变化，分析在雄性和雌性小鼠中三个时间点，每个小胶质细胞簇的SNI与SHAM组中的差异表达基因（DEGs）。在SNI试验3天检测到大量的差异基因，14天和5个月后差异基因数目减少。SNI试验3天，绝大多数的基因表达变化发生在cluster1-9中，14天和5个月则是cluster1-6。在SNI后，小胶质细胞中大量编码核糖体蛋白（小核糖体亚基（Rps）和大核糖体亚基（Rpl））的mrna的表达发生了变化，这种效应影响雄性中更加明显。雄性小鼠在神经损伤3天后引起强烈的免疫反映，雌性小鼠炎症过程显著减少主要包括ATF-6介导的未折叠蛋白反应和受体介导的内吞作用。
4. ApoE在神经性疼痛的慢性阶段的小胶质细胞中表达上调
IRM （损伤反应性小胶质细胞）的经典标记基因是ApoE，它参与脂质代谢和运输，分析发现 ApoE 在第 5 亚群中高表达。在 SNI 后在第 14 天和 5 个月，雌雄鼠的 ApoE 表达都明显升高。这些结果表明，在周围神经损伤后的小胶质细胞中持续上调，提示ApoE可能在小胶质细胞对周围神经损伤的慢性反应中起作用。
5. 人类脊髓小胶质细胞在单细胞水平上的特征
从三例人的脊髓样本进行单细胞测序，共检测到3823个细胞，分8个细胞簇，均表达典型的小胶质细胞标记TREM2和C1QA。每个亚群特征性表达的marker基因以及不同的GO功能。每个聚类的基因表达与IRM、DAM和ATM基因表达特征的富集的热图，Cluster4与之最显著，具有5个核心基因的共同转录特征：LPL、SPP1、APOE、CD63和CTSB。人类小胶质细胞（H1、H2和H3）、小鼠小胶质细胞（M1、M2、M3和M4），计算Pearson相关系数，有很强的相关性。人和小鼠的小胶质细胞之间有很强的相关性，尤其是cluster1、2、3和6。最值得注意的是识别到了cluster4，显示与先前小鼠大脑中识别的短暂发育（ATM）和疾病相关特征（IRM/DAM）显著相似性。
参考文献:
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.