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导语：星形胶质细胞的异质性已得到广泛探索，但我们对白质星形胶质细胞及其与灰质星形胶质细胞区别的理解仍然有限。本研究通过使用单细胞RNA测序和空间转录组学技术，比较了小鼠前脑中来自皮质灰质和白质/胼胝体的星形胶质细胞。比较揭示了白质和灰质星形胶质细胞之间的相似性，但也发现了显著的差异，包括白质星形胶质细胞特有的细胞骨架和代谢标志物，其分子特性也与人类白质星形胶质细胞共享。当比较来自两个不同白质区域（皮质和小脑）的小鼠星形胶质细胞时，研究发现它们表现出独特的、区域特异性的分子特性，例如小脑缺乏表达祖细胞和增殖基因的特异性白质星形胶质细胞簇。功能实验证实了白质/胼胝体中的星形胶质细胞增殖，但在小脑白质中没有，这表明白质/胼胝体可能是持续星形胶质细胞发生的来源。

白质星形胶质细胞：一个被忽视的异质性群体

星形胶质细胞是中枢神经系统中最丰富的细胞类型之一，执行支持神经元代谢、突触发生、神经递质回收和神经元存活等重要功能。这引出了一个问题：星形胶质细胞是同质的，还是存在专门针对不同功能的亚型？尽管已知灰质中的原生质星形胶质细胞在形态上不同于白质中的纤维状星形胶质细胞，但我们对白质星形胶质细胞的分子特性及其在不同脑区间的差异知之甚少。

本研究旨在通过单细胞分辨率，系统比较小鼠前脑皮质灰质与白质/胼胝体，以及小脑白质中的星形胶质细胞，揭示其区域特异性的分子特征和功能差异。

核心发现：区域特异的分子标签与增殖能力

1. 灰质与白质星形胶质细胞的分子差异

通过单细胞RNA测序和空间转录组学，研究首先将皮质灰质和白质/胼胝体的星形胶质细胞分为6个亚群（4个灰质为主，2个白质为主）。差异表达分析揭示了两者显著的分子特征差异：

• 白质星形胶质细胞富集表达与细胞骨架（Vim, Lima1）、胆固醇代谢（Lima1）以及胶质发生和增殖（Fabp7, Tox3, 即刻早期基因）相关的基因。GO分析显示其与代谢、神经完整性维持和髓鞘形成相关。
• 灰质星形胶质细胞则高表达与突触功能（Gria2, Slc7a10）和谷氨酸代谢相关的基因。

这些分子差异与它们各自的功能角色——灰质星形胶质细胞参与突触传递调节，白质星形胶质细胞支持轴突和髓鞘——高度一致。

2. 白质/胼胝体中存在一个独特的增殖性星形胶质细胞亚群

进一步分析白质/胼胝体的两个星形胶质细胞亚群（cluster 4和5），发现：

• cluster 5高表达祖细胞和细胞周期相关基因（Ascl1, Sox4, Sox11, Hmgb2），并具有高增殖评分。
• cluster 4则高表达Gfap, S100a6等成熟星形胶质细胞标志物。

通过5-乙炔基-2′-脱氧尿苷掺入、逆转录病毒标记和活体双光子成像，研究确凿证明：白质/胼胝体中的cluster 5星形胶质细胞在成年小鼠中能够增殖，而灰质或小脑白质中的星形胶质细胞则极少增殖。增殖活性在2月龄小鼠中达到高峰，随后逐渐下降。

3. 小脑白质星形胶质细胞具有不同的分子特征且不增殖

令人惊讶的是，与皮质白质/胼胝体不同，小脑白质星形胶质细胞缺乏类似cluster 5的增殖性亚群。它们不表达Ascl1、Sox11等增殖相关基因，且增殖评分极低。这揭示了即使是同为“白质”，不同脑区的星形胶质细胞在分子特性和功能潜力上也存在显著的区域异质性。

4. 星形胶质细胞发生的可能途径：增殖、分化与迁移

通过RNA速度分析（基于未剪接和剪接mRNA比率），研究发现cluster 5（增殖性）的转录流向指向cluster 4，并可能进一步分化为某些灰质星形胶质细胞亚型。5-乙炔基-2′-脱氧尿苷脉冲-追踪实验显示，一部分增殖的星形胶质细胞后代在数天后出现在皮质灰质中，提示它们可能从白质/胼胝体迁移至灰质。尽管活体成像未能直接观察到迁移（因实验中去除了大部分灰质），但这一发现提出了白质/胼胝体可作为年轻成年前脑新星形胶质细胞“储库” 的有趣概念。

5. 跨物种保守性与调控信号

通过分析人类白质单核RNA测序数据，研究发现人类白质星形胶质细胞表达与小鼠cluster 4（而非增殖性cluster 5）相似的分子特征，如S100A6。这表明白质星形胶质细胞的支持功能在进化上保守，而显著的成年期增殖可能是啮齿类特有的现象，或与人类样本年龄（成年）有关。

此外，CellChat分析揭示，内皮细胞和少突胶质细胞/少突胶质细胞前体细胞通过表皮生长因子信号通路（HBEGF/TGFA-EGFR）与增殖性星形胶质细胞（cluster 5）通讯，可能调控其增殖。实验证实62%的增殖性星形胶质细胞位于或紧邻血管，支持这一假说。

结论与意义：重塑对白质星形胶质细胞可塑性的认知

这项研究首次以前所未有的分辨率，揭示了白质星形胶质细胞惊人的区域异质性和增殖潜能。

• 理论突破：颠覆了“白质星形胶质细胞是同质的、不增殖”的传统观念。证明了皮质白质/胼胝体中存在一个独特的、表达祖细胞基因的星形胶质细胞亚群，在成年早期能够持续增殖并产生新的星形胶质细胞。这为大脑可塑性提供了新的细胞来源。
• 区域特异性：首次明确区分了皮质与小脑白质星形胶质细胞的分子本质差异。这解释了为何不同白质区域对损伤和疾病的反应可能不同，并强调了在研究中考虑脑区特异性的重要性。
• 功能启示：白质/胼胝体中的持续星形胶质细胞发生可能支持髓鞘可塑性、轴突代谢以及突触重塑，尤其是在持续学习或环境变化中。这一发现将星形胶质细胞与经验依赖性的白质结构和功能变化联系起来。
• 调控机制：揭示了内皮细胞通过表皮生长因子信号调控白质星形胶质细胞增殖的新机制，进一步强调了神经血管单元在调节胶质细胞动态中的核心作用。
• 进化与年龄：人类数据中缺乏显著的增殖性亚群，提示成年星形胶质细胞发生可能随进化或年龄增长而减弱，或仅限于特定病理条件下的激活。这为理解人类大脑修复能力有限提供了新视角。

该研究的通讯作者Magdalena Götz和Judith Fischer-Sternjak总结道：“我们的工作发现，白质并非一个被动的结构通道。特别是在大脑的某些区域，白质中的星形胶质细胞保留了惊人的增殖能力，可以作为新星形胶质细胞的来源。这不仅加深了我们对星形胶质细胞多样性的理解，也为利用内源性胶质细胞进行大脑修复开辟了新的可能性。” 这项发表于《Nature Neuroscience》的研究，通过精细的单细胞图谱和功能验证，揭示了白质星形胶质细胞隐藏的异质性和可塑性，为理解大脑稳态、可塑性和修复机制提供了全新的细胞基础。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41593-025-01878-6