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缺血性脑卒中危害极大，星形胶质细胞在其中作用复杂。研究人员通过单细胞 RNA 测序研究脑缺血再灌注（CIR）12h 后小鼠星形胶质细胞的异质性。结果发现多个潜在治疗靶点，揭示细胞间通讯变化。该研究为揭示星形胶质细胞抗损伤机制提供依据。
缺血性脑卒中是全球范围内导致残疾和死亡的主要原因之一，就像一颗隐藏在人体中的 “定时炸弹”，随时威胁着人们的健康。在脑卒中发生后，大脑缺血区域内的细胞会发生一系列复杂的变化，其中星形胶质细胞（astrocytes）起着至关重要的作用。它既能像 “守护者” 一样维持神经组织的稳态、控制神经元的能量供应，对神经元起到保护作用；但在某些情况下，又仿佛 “叛逆者”，其功能变化可能会加重缺血性脑卒中带来的损伤。
目前，虽然已经知道反应性星形胶质细胞可分为 A1（细胞毒性）和 A2（神经营养性）两种亚型，但这种二元分类被认为过于简单化，无法全面解释星形胶质细胞在疾病中复杂多样的细胞状态和功能。而且，关于星形胶质细胞转变为不同亚群的刺激信号缺乏系统分析，其产生多种效应的机制也尚未完全明确。此外，以往相关研究大多集中在脑缺血再灌注（CIR）24 小时或更久之后，这可能会忽略早期阶段星形胶质细胞一些有意义的保护性反应。在急性脑缺血再灌注损伤（CIRI）中，星形胶质细胞与周围脑细胞如何相互作用，也缺乏系统的实验证据。
为了深入探究这些谜团，西安医学院的研究人员开展了一项重要研究。他们以小鼠为研究对象，通过一系列严谨的实验操作，在 CIR 后 12 小时对小鼠进行研究，希望能在这个关键的时间节点捕捉到星形胶质细胞的变化奥秘。
研究人员运用了多种关键技术方法。首先，通过构建大脑中动脉闭塞（MCAO）模型模拟缺血再灌注损伤，将小鼠分为 MCAO 组和假手术组。然后，采集小鼠脑缺血区域的组织样本，制备单细胞悬液，利用单细胞 RNA 测序（scRNA - seq）技术，全面分析星形胶质细胞的基因表达情况。之后，运用多种生物信息学分析方法，如质量控制、降维聚类、差异表达基因（DEG）分析、通路富集分析等，对测序数据进行深入挖掘。同时，还采用了逆转录聚合酶链反应（qRT - PCR）对基因表达进行验证。
下面来看看具体的研究结果：
- 鉴定主要脑细胞类型和星形胶质细胞亚群的特异性基因：研究人员成功鉴定出 23 个细胞簇，并将其分为 14 种主要细胞类型，其中包括 4 个星形胶质细胞亚群、5 个小胶质细胞亚群和 5 个少突胶质细胞亚群。他们发现，与假手术组相比，MCAO 组中一些细胞类型的比例发生了变化，如中性粒细胞、脉络丛细胞等比例增加，而其他细胞类型比例有不同程度的改变。同时，在星形胶质细胞亚群中，发现了许多差异表达基因，这些基因可能作为识别各亚群的潜在标记。例如，A2 星形胶质细胞的标记基因在亚群 2 的部分细胞中高表达，而在亚群 1 中几乎不表达；神经元生成相关基因在亚群 2 的部分细胞中高表达。这表明星形胶质细胞在 CIR 后 12 小时至少分化为四个亚群，且各亚群具有不同的基因表达特征。
- MCAO 特异性改变星形胶质细胞亚群与其他细胞间的通讯：通过 CellphoneDB 分析发现，MCAO 组中星形胶质细胞亚群与其他细胞（如小胶质细胞、中性粒细胞和脉络丛细胞）间的细胞通讯基因表达水平存在显著差异。不同的信号通路在细胞间通讯中发挥着不同作用，如层粘连蛋白（LAMININ）ECM - 受体信号通路、多效生长因子（PTN）分泌通路等。其中，EGF 信号通路在星形胶质细胞亚群 2 中被激活，同时抑制小胶质细胞中的 EGF 通路。此外，还发现星形胶质细胞亚群 2 可能通过髓磷脂蛋白零（MPZ）信号通路在神经修复中发挥作用。这些结果表明，星形胶质细胞亚群通过特定的配体 - 受体信号通路调节或影响其他细胞的免疫和炎症功能。
- MCAO 小鼠脑中星形胶质细胞亚群特异性功能变化：通过 GSVA 分析确定了与炎症相关的四条信号通路（MAPK、STAT3、CALCIUM 和 PI3K - AKT）。结果显示，与假手术组相比，MCAO 组中星形胶质细胞亚群 1 和 2 的 MAPK、STAT3 和 PI3K - AKT 通路显著上调，而亚群 1 的 CALCIUM 通路显著上调，亚群 2 则显著下调。GO 和 KEGG 富集分析表明，亚群 2 具有多种神经保护功能，如直接保护神经元、促进血管生成和损伤修复等，且会受到 IL - 4、IL - 7、PDGF 和 EGF 等刺激；亚群 1 的功能则主要包括调节炎症反应、增强抗氧化和脂肪酸代谢等。
- 与缺血性脑卒中相关的 DEGs 功能分析：对星形胶质细胞各亚群的 DEGs 进行分析，筛选出可能与缺血性脑卒中保护或损伤反应相关的基因。qRT - PCR 结果验证了这些基因在 MCAO 组中的表达变化与 scRNA - seq 结果一致。进一步研究发现，一些基因如Chchd10、Car2、Gstm1和pou3f3等，可能在缺血性脑卒中的病理过程中发挥重要作用。同时，研究还分析了与脑卒中相关的基因在各亚群中的表达情况，发现亚群 2 可能通过上调Nfe2l2发挥神经保护作用，而亚群 1 和 2 在谷氨酸（Glu）代谢、水通道蛋白 4（AQP4）表达等方面存在差异，这些差异可能影响脑水肿的形成和神经元的损伤程度。
- 对 MCAO 特异性细胞状态转变和星形胶质细胞亚群特异性基因的伪时间分析：伪时间分析显示，MCAO 组和假手术组中星形胶质细胞亚群的分化轨迹存在明显差异。在 MCAO 组中，细胞状态转变较为突然，而假手术组则是平滑过渡。通过分析基因表达变化趋势，发现了几个基因集在分化过程中的不同变化。例如，基因集 1 在分化后期突然过表达，且在亚群 1 中显著上调；基因集 2 中的Hmgb2在分化后期表达受到抑制。此外，还发现了一些可能是亚群 2 的潜在标记基因，如Egr1、Tmsb10、Hmgn2、Ccnd2、Stmn1和Tubb5等。
研究结论和讨论部分表明，该研究通过单细胞转录组测序揭示了 CIR 后 12 小时星形胶质细胞的异质性，发现亚群 2 具有神经保护功能，但其可能是星形胶质细胞激活的中间或过渡状态。研究还确定了多个潜在的治疗靶点和细胞间通讯通路，为揭示星形胶质细胞对脑缺血再灌注的抗损伤反应提供了重要依据。这不仅有助于阐明缺血性脑卒中的病理机制，还为筛选早期抗损伤治疗靶点提供了新的思路，对未来开发针对性的治疗方法具有重要意义。虽然目前还存在一些问题，如对亚群 2 的进一步研究面临困难，但该研究成果依然为该领域的后续研究奠定了坚实基础，有望在未来推动缺血性脑卒中治疗的新突破。
