导语：人类小胶质细胞在神经系统疾病中发挥关键作用，但我们对小胶质细胞异质性的理解仍不完整，这限制了直接调节其状态或功能的靶向疗法的发展。2024年10月15日，《自然·神经科学》在线发表了一项来自哥伦比亚大学欧文医学中心等机构的重要资源论文（2024年第27卷2521–2537页）。研究者通过单细胞RNA测序，绘制了来自74位捐献者、涵盖多种神经系统疾病和中枢神经系统区域的215,680个活人类小胶质细胞的转录组图谱。他们观察到氧化代谢与杂环代谢之间的核心分野，并识别出与抗原呈递、运动性和增殖相关的小胶质细胞亚群。特定亚群在神经退行性疾病易感基因或疾病相关小胶质细胞特征中富集。通过RNAscope-免疫荧光流程和高维MERFISH，他们验证了这些亚型。此外，他们将数据集作为分类资源，发现诱导多能干细胞模型系统能捕获相当程度的体内异质性。最后，他们识别并验证了能在体外模拟特定亚型的化合物，其中喜树碱可下调疾病富集亚型的特征，并上调先前与阿尔茨海默病相关的特征。该资源为研究小胶质细胞在健康和疾病中的状态提供了重要参考。

研究背景：小胶质细胞异质性与技术挑战

小胶质细胞的核心作用

小胶质细胞是中枢神经系统的常驻免疫细胞，在发育、稳态、损伤和疾病中发挥多重作用：突触修剪、吞噬清除、炎症反应、神经保护与毒性。近年来，单细胞转录组学已揭示小鼠和人类小胶质细胞在发育、衰老和疾病中的显著异质性，包括：

• 疾病相关小胶质细胞（DAM）：在阿尔茨海默病（AD）等疾病中富集
• 神经退行性表型（MGnD）：与TREM2-APOE通路相关
• 白质相关小胶质细胞、边界相关巨噬细胞等

技术挑战

• 死后组织局限：传统研究多使用尸检组织，RNA质量差，且无法反映活细胞的真实状态
• 单核RNA-seq的缺陷：无法捕获小胶质细胞激活相关基因（如细胞因子、立即早期基因）
• 物种差异：小鼠与人小胶质细胞的转录组存在显著差异
• 异质性未被系统解析：缺乏跨疾病、跨脑区的统一分类框架

核心资源之一：大规模活人类小胶质细胞单细胞图谱

样本队列

• 74位捐献者（生前无快速死亡过程，死后组织处理时间短，保持细胞活力）
• 疾病类型：AD（晚发型/早发型）、MCI、帕金森病（DLBD-PD）、进行性核上性麻痹、多发性硬化、肌萎缩侧索硬化、额颞叶痴呆、亨廷顿病、颞叶癫痫、胶质瘤等
• 对照：无神经病理学改变的捐献者
• 脑区：9个区域（BA9、BA4、BA20、颞叶新皮层、海马、丘脑、黑质、脊髓、面神经核等）

细胞分离与测序

• 活细胞分选：CD45+免疫细胞（包括小胶质细胞和浸润免疫细胞），保持细胞活力
• 单细胞RNA-seq：10x Genomics，最终获得215,680个小胶质细胞（占测序细胞的95.7%）
• 质量控制：校正10x化学版本差异，验证聚类稳定性

核心发现之一：小胶质细胞的12个转录组亚群

聚类结果

通过无监督聚类，研究者识别出12个小胶质细胞亚群（cluster 1-12），并根据基因表达特征将其归为4大家族：

疾病富集分析

研究者发现，某些亚群在特定疾病中显著富集。例如，抗原呈递家族中的簇4和簇7在阿尔茨海默病和帕金森病中比例升高，而运动性家族的簇1在多发性硬化中富集。此外，增殖家族的簇12在胶质瘤中显著增加。这些结果提示，不同疾病可能通过共享或独特的机制影响小胶质细胞状态。

核心发现之二：工具化合物模拟小胶质细胞状态

研究者利用该图谱作为分类资源，筛选能够模拟特定小胶质细胞亚型的化合物。他们使用诱导多能干细胞（iPSC）来源的小胶质细胞，通过药物处理并结合单细胞RNA-seq，发现喜树碱（camptothecin）能够下调疾病富集亚型的特征基因，同时上调与阿尔茨海默病相关的特征基因。这一发现提示，喜树碱可能通过调节小胶质细胞状态发挥神经保护作用，为神经退行性疾病的治疗提供了新思路。

总结与展望

本研究通过构建大规模活人类小胶质细胞单细胞图谱，系统揭示了小胶质细胞在多种神经系统疾病中的异质性，并鉴定出疾病富集的亚群。此外，该资源为筛选调节小胶质细胞状态的化合物提供了平台，有望推动针对小胶质细胞的精准治疗策略。未来，结合空间转录组学和功能验证，将进一步阐明小胶质细胞亚群在疾病中的具体作用机制。