对啮齿动物腹侧苍白球的单细胞测序揭示了具有非典型区域间连续性的多种神经元亚型

单细胞RNA测序揭示腹侧被盖区（VP）存在16类保守神经元亚型，其基因表达模式与纹状体、下丘脑等邻近脑区高度重叠，挑战了VP作为独立转录学脑区的传统认知。高脂饮食干预显示VP神经元中氧化磷酸化相关基因及GABA能抑制信号通路显著改变。

　　
本研究针对腹侧苍白球（Ventral Pallidum, VP）的细胞类型异质性和功能连续性问题展开系统性探索。通过整合跨物种单细胞转录组测序、空间转录组图谱（ABC Atlas）及行为学实验，研究揭示了VP的分子特性及其在神经调控网络中的定位。

### 一、VP细胞类型的分子特征
1. **跨物种保守性分析**
研究团队通过小鼠和大鼠的VP单细胞RNA测序，发现两者在细胞亚型分类（16种）和基因表达模式上高度一致。特别是Lhx8、Nkx2.1等发育相关转录因子在亚型划分中发挥关键作用，验证了VP作为基底神经节核心结构的保守性。

2. **亚型分类与功能多样性**
VP包含81.2%的GABA能神经元（14亚型）、14.5%的谷氨酸能神经元（1亚型）和2.4%的胆碱能神经元（1亚型）。值得注意的是：
- GABA能神经元按发育起源分为MGE（中缝核团）、LGE（外侧缝核团）和HYA（前下丘脑）三大类
- 最大的064亚型（约16.7%神经元）同时存在于VP和腹侧纹状体（STRv），其特异性标记基因Chst9的表达提示该亚型可能作为纹状体-苍白球投射的关键节点
- 谷氨酸能神经元119亚型（约14.5%）在HPA轴（下丘脑-垂体-肾上腺轴）中分布，暗示其参与代谢调控

3. **空间分布突破传统边界**
通过ABC Atlas的MERFISH空间转录组数据，发现16种VP亚型均突破传统解剖边界：
- 向腹侧扩展至STRv（约12.7%亚型神经元）
- 向背外侧延伸至杏仁核旁核（BNST，约46.7%亚型神经元）
- 向腹内侧扩散至下丘脑前区（POA，约19.4%亚型神经元）
这种空间连续性挑战了VP作为独立功能单位的传统认知，提示其本质上是多个神经环路节点的整合枢纽。

### 二、VP与其他脑区的分子共性与功能关联
1. **跨区域亚型共享**
- 064亚型在VP、STRv和BNST中均存在，且表达μ-阿片受体（Oprm1）
- 081亚型跨越ACB（腹侧被盖区）、BST（杏仁核旁核）和FS（纹状体腹侧部）
- 119亚型延伸至下丘脑外侧区（LHA）和前下丘脑（POA）

2. **神经递质标记的局限性**
- 传统标记物如Sst（5.6亚型）、Chol（5.8亚型）和Penk（内啡肽）在多个亚型中交叉表达
- 首次发现Slc17a6（谷氨酸转运体）在GABA能神经元中的广泛表达，挑战了神经递质单标记假说

### 三、高脂饮食诱导的代谢-功能耦合变化
1. **转录组整体特征**
持续5周高脂饮食导致VP神经元出现系统性代谢重编程：
- 氧化磷酸化相关基因（COX编码亚基）上调2.5-3.8倍
- 细胞凋亡相关基因（Bcl2l1、Hspa5）表达显著变化
- 27,809个基因中检测到158个差异表达基因（FDR<0.01）

2. **关键功能通路改变**
| 通路类型 | 代表基因变化 | 功能影响推测 |
|----------------|-----------------------------|--------------------------|
| GABA受体信号 | GabaARβ2（-1.71 FC） | 抑制性信号衰减 |
| 摄食调控 | Glp1r（+2.3 FC） | 增强瘦素敏感性 |
| 线粒体功能 | COX5A（+3.2 FC） | 能量代谢适应性调整 |
| 自噬相关 | Atg5（-2.1 FC） | 自噬流抑制 |

3. **性别差异与代际传递**
- 2周高脂饮食即可检测到代谢基因（Slc2a4）的性别特异性表达
- 5周干预后，Oprd1（δ-阿片受体）表达在雄性中下降更显著（-3.8 FC vs -1.9 FC）

### 四、空间转录组学的突破性发现
1. **亚型空间分布特征**
- Lhx8+亚群呈带状分布，从ACB延伸至POA
- Npas1+亚群在苍白球腹外侧区（VL）密度最高（达78.9%）
- 064亚型在VP和STRv交界区形成连续带（宽度约400μm）

2. **解剖边界验证**
- Substance P免疫组化划定的VP边界仅覆盖92.3%的VP亚型
- MERFISH显示约7.6%的VP亚型神经元位于传统边界之外
- 首次建立基于Nkx2.1/Lhx6/Lhx8三重标记的VP解剖学新标准

### 五、理论意义与临床启示
1. **基底神经节连续体模型**
研究支持"VP-STRv-BNST-POA连续体"假说：
- GABA能神经元亚型在解剖上呈现"前-后梯度"分布
- 谷氨酸能119亚型在POA中与瘦素受体（Osr1）共定位
- 胆碱能神经元（085亚型）在BNST与HPA轴存在双向投射

2. **代谢-神经互作新视角**
- 线粒体基因（ND1、ND4）表达量与体重增长呈正相关（r=0.83）
- 064亚型神经元中检测到CYP17A1（17α-羟化酶）表达上调，提示类固醇代谢参与摄食调控
- 高脂饮食导致Slc2a4（GLUT4）在GABA能神经元中的表达降低达2.3倍

3. **疾病模型构建基础**
- 发现与肥胖相关的代谢基因（PPARGC1A、ACSL1）在VP亚型中的表达差异
- 构建了包含12个VP亚型的标准化单细胞数据库（数据集ID: SCENIC-VP2023）
- 开发了基于空间转录组的三维重建算法（精度达92.7%）

### 六、技术突破与局限
1. **方法学创新**
- 首创"双步聚类法"：先基于ABC Atlas进行亚型初分类，再通过scVI整合多组学数据优化
- 开发"边界校正算法"：将传统SubP标记的VP范围扩展至±300μm（P<0.001）

2. **现存挑战**
- 线粒体基因表达受测序深度限制（需＞500M reads/样本）
- 性别差异未完全解析（样本量限制）
- 交叉投射神经元的功能定位仍需电生理验证

该研究为理解基底神经节环路整合机制提供了全新视角，其构建的VP细胞类型图谱已被整合至Allen Brain Atlas数据库（更新版本v3.8）。后续研究可聚焦于：
1. 亚型特异性突触连接图谱绘制
2. 代际遗传中VP代谢基因的表观调控
3. 开发基于空间转录组的多模态疾病预测模型