小鼠脑桥与延髓单细胞转录组图谱：揭示脑干区域细胞多样性的综合研究

《Scientific Data》：Comprehensive Single-Cell Transcriptomic Atlas of the Mouse Pons and Medulla

本刊推荐：为解决脑桥与延髓区域细胞多样性不明确的问题，研究人员通过整合8个sc/snRNA-seq数据集，构建了包含318,522个细胞的小鼠脑干单细胞转录组图谱。研究鉴定出45种细胞类型，揭示了神经元群体的高度多样性以及胶质细胞、血管细胞的独特转录特征，为研究脑干区域特异性细胞功能及神经系统疾病机制提供了重要资源。

　　

在哺乳动物大脑的复杂网络中，脑桥和延髓作为脑干的关键区域，扮演着神经信号传导的中枢角色。这些区域不仅负责调节自主神经活动、运动协调和感觉信息处理，近年研究还发现它们与帕金森病中路易体从肠道向大脑的传播密切相关。然而，由于细胞组成的复杂性，这些区域支持特定功能的细胞类型多样性一直未被明确解析。

随着单细胞/单核RNA测序（sc/snRNA-seq）技术的发展，小鼠脑桥、延髓及其子区域的测序数据集快速积累，但缺乏大规模整合数据与标准化细胞元数据限制了全面细胞表征的进展。为此，研究团队在《Scientific Data》上发表了首个综合性的小鼠脑桥与延髓单细胞转录组图谱。

研究人员通过整合8个公共sc/snRNA-seq数据集，采用锚点映射技术减少数据集间的生物和技术差异，对318,522个细胞进行标准化注释。质量控制阶段设置了线粒体基因含量低于5%、特征基因数超过3000的阈值，确保数据可靠性。通过Seurat工具包进行主成分分析（PCA）和均匀流形近似与投影（UMAP）降维，实现了批次效应的有效校正。

细胞类型鉴定与神经元亚型分析

研究通过层次聚类策略系统鉴定了45种细胞类型。一级注释识别出13个主要集群，包括表达Mag、Mog的髓鞘形成少突胶质细胞（MO），表达Fyn的新生少突胶质细胞（NFO），以及表达Pdgfra的多突状细胞。发现两类表达Aqp4的星形胶质细胞（Astro1/2），其中脑干星形胶质细胞已知参与呼吸节律调节。神经元群体占细胞总量的51.4%，通过二级注释进一步区分出Vglut2⁺兴奋性神经元（Slc17a6）、浦肯野神经元（Grid2、Itpr1）、GABA能抑制性神经元（Gad1、Gad2）等亚群。

三级注释聚焦兴奋性与抑制性神经元细分，发现胶原富集群神经元表达Nrg3、Csmd3等突触组织相关基因。基因本体（GO）分析显示这些基因富集于神经元迁移和突触组装过程。少突胶质细胞亚型分析则通过Enpp6、Sox10等标记基因揭示了细胞分化动态状态。

技术验证与生物学意义

通过局部逆辛普森指数（iLISI）评估显示大多数细胞混合良好，证实批次校正的有效性。与Yao等全脑图谱的标签转移验证表明，本研究细胞主要映射至脑干相关类别，凸显区域特异性转录特征的保留。特别值得注意的是，背侧脑桥被盖区（dPnTg）细胞呈现区域限制性特征，反映真实的生物学多样性而非技术误差。

该图谱首次系统揭示脑干区域细胞组成的复杂性：兴奋性神经元在腹外侧延髓富集，抑制性神经元广泛分布；发现表达代谢相关基因Slc13a3和帕金森病相关基因Usp24的特殊细胞群；确认脑干微胶质细胞通过外周损伤诱导下游丘脑环路可塑性。这些发现为理解脑干在自主功能调节和神经系统疾病中的作用提供新视角。

研究构建的标准化数据集已公开于Figshare平台，包含三级注释信息和差异表达基因分析结果。该资源支持跨脑区比较研究、标签转移和疾病机制探索，为神经科学领域提供可重复使用的分析框架。通过整合多源数据与层次注释策略，本研究建立了脑干细胞图谱的新标准，未来可拓展至疾病模型与进化比较研究，推动对脑干功能的深度解析。