A Molecular Brain Atlas: Unveiling Cellular Shifts and Therapeutic Targets in Stroke Repair

为探究缺血性脑卒中（ischemic stroke）后长期功能恢复受损的机制，研究人员通过构建小鼠永久性局灶性缺血模型，进行单细胞转录组分析。结果揭示了卒中损伤及梗死周边组织的细胞和区域特异性变化，为推进对卒中病理的理解及发现治疗靶点提供了重要资源。

　　脑卒中是导致成年人残疾和死亡的主要原因之一，许多患者会留下永久性残疾。目前，虽然单细胞技术有所发展，但对脑卒中后长期功能恢复受损的分子和细胞反应仍知之甚少。为深入了解其中的潜在机制，来自瑞士苏黎世大学再生医学研究所、苏黎世神经科学中心以及美国南加州大学等机构的研究人员开展了相关研究。他们的研究成果发表在《Journal of Neuroinflammation》上，为脑卒中病理的分子理解和治疗靶点的发现提供了详细资源，有助于推动脑卒中康复治疗的发展。

研究人员主要运用了以下关键技术方法：一是构建小鼠永久性局灶性缺血模型，选用 9 只 3 - 5 月龄的 C57BL/6J 小鼠，通过光血栓法诱导脑卒中；二是激光多普勒成像（LDI），用于验证脑卒中诱导是否成功以及测量脑血流灌注；三是单细胞核 RNA 测序（snRNAseq），对小鼠大脑的完整、梗死周边和卒中损伤组织进行检测，分析细胞类型和基因表达变化；四是利用 CellChat 分析细胞间的分子通讯；五是将小鼠的转录组数据与公开的人类脑卒中数据集进行比较分析。

细胞和分子特征分析

研究人员在诱导小鼠大脑皮质卒中后，通过 LDI 观察到卒中核心区域和缺血边界区（ibz）的脑血流显著降低。4 周后，对不同区域组织进行 snRNAseq，确定了 9 种主要细胞类型。结果发现，卒中损伤组织和 ibz 中，非神经细胞比例增加，而谷氨酸能（Glut）和 γ- 氨基丁酸能（GABA）神经元比例减少。

损伤相关细胞的鉴定

通过免疫组化染色和 snRNAseq 分析，研究人员在卒中核心组织中发现了一种独特的细胞群 —— 损伤相关细胞（IC）。IC 细胞表达星形胶质细胞和细胞外基质（ECM）建模相关基因，具有成纤维细胞样和神经胶质细胞的特征，可能在中枢神经系统（CNS）损伤反应中发挥重要作用。

转录组变化和通路富集分析

研究表明，大多数细胞类型在卒中后都有差异表达基因（DEG）。基因集富集分析（GSEA）显示，GABA 和 Glut 神经细胞中，与突触可塑性、神经递质运输等相关的促再生通路上调，而有氧呼吸和氧化磷酸化通路下调。免疫细胞主要表现为炎症相关通路上调，其他细胞类型如星形胶质细胞、成纤维细胞等则在 ECM 组织和细胞黏附等重塑相关通路富集。

细胞间分子通讯的映射

利用 CellChat 分析发现，卒中组织中细胞间相互作用的数量和强度均增加，主要发生在神经细胞和 IC 细胞之间。相关信号通路涉及神经元引导、血管修复和 ECM 重塑等，表明卒中后细胞间通讯发生了显著变化。

小鼠和人类脑卒中的比较分析

将小鼠和人类脑卒中的转录组数据进行比较，发现两者在基因表达变化上具有相似性，共同上调的基因与炎症反应、神经可塑性、ECM 重塑和血管重塑等相关。这表明在脑卒中的病理过程中，存在跨物种的保守生物学机制。

研究结论和讨论部分指出，该研究提供了脑卒中损伤后单细胞转录组数据，有助于识别新的治疗靶点。研究发现脑卒中后神经元数量减少，且细胞代谢发生改变，同时观察到 ECM 重塑相关基因和通路的上调。此外，研究还确定了 IC 细胞的存在及其潜在作用，以及一些在小鼠和人类脑卒中中共同变化的基因和通路，为后续研究提供了重要方向。然而，研究也存在一定局限性，如细胞核分离和组织收集可能存在偏差，预测的细胞间相互作用需要进一步功能验证等。但总体而言，该研究为深入理解脑卒中病理和开发治疗策略提供了有价值的见解，对未来脑卒中研究具有重要意义。