导语： 多发性硬化症（MS）是一种慢性炎症性中枢神经系统疾病。随着病程进展，炎症逐渐被局限并限制在特定组织生态位中，如病变边缘。然而，这些生态位的精确细胞类型组成、它们之间的相互作用以及在慢性活动性和非活动性阶段之间的变化，至今尚未被完全理解。2024年11月5日，《自然·神经科学》在线发表了一项重要研究（2024年第27卷2354–2365页），来自西班牙巴塞罗那基因组调控中心、德国弗莱堡大学、荷兰格罗宁根大学等多个机构的研究团队，通过单核RNA测序和空间转录组学技术，绘制了皮层下MS病变的细胞类型图谱，识别了包括血管周围间隙、炎症病变边缘和胶质疤痕核心在内的多个组织生态位，并发现了一种在病变核心形成长纤毛的星形胶质细胞亚型。研究进一步揭示了慢性活动性病变边缘髓系、内皮和胶质细胞之间的通讯事件，为理解MS病变进展提供了全新的空间视角。
研究设计与技术路径
样本队列
研究团队从英国MS组织库获取了6位MS患者和7位对照个体的尸检脑组织样本，共分析了：
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12个MS病变（8个慢性活动性，4个慢性非活动性）
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7个对照白质样本
核心技术平台
| 技术平台 | 应用目的 | 关键成果 |
|---|---|---|
| 单核RNA测序（10x Genomics） | 识别细胞类型和亚型 | 获得103,794个细胞核，注释出9大类细胞和79个亚型 |
| 空间转录组学（10x Visium） | 将细胞类型映射到组织空间 | 获得67,851个空间点，识别出分子定义的组织生态位 |
| 多重荧光原位杂交（smFISH） | 验证关键基因的空间共定位 | 证实纤毛星形胶质细胞和细胞通讯事件 |
| 免疫组织化学/免疫荧光 | 验证蛋白表达和病变分类 | 使用CD68、CD163、铁染色和LFB髓鞘染色进行病变分期 |
主要发现之一：识别MS病变中的组织生态位
从组织学到分子生态位
研究团队首先基于组织病理学特征（髓鞘脱失、CD68/CD163阳性髓系细胞、铁沉积）将病变分类为慢性活动性（有炎症边缘）和慢性非活动性（边缘炎症消退）。
随后，他们利用单核RNA-seq作为参考，对空间转录组数据进行细胞类型去卷积（cell2location），并采用多视图因子分析（MOFA+） 整合基因表达和细胞类型组成，无监督地识别出以下组织生态位（图1e-f）：
| 生态位 | 分子特征 | 细胞组成 | 组织定位 |
|---|---|---|---|
| WM（白质） | 高表达髓鞘基因（PLP1, MOG） | 少突胶质细胞富集 | 正常/非病变白质 |
| PPWM（病变周围白质） | 髓鞘基因中度表达，炎症基因轻度上调 | 少突胶质细胞、部分星形胶质细胞 | 病变边缘外侧 |
| LR（病变边缘） | GPNMB、CD163、C1QA/B/C、SPP1高表达 | 髓系细胞富集、星形胶质细胞 | 慢性活动性病变的特征性炎症边缘 |
| LC（病变核心） | 髓鞘基因缺失，GFAP、S100A11、COL6A1高表达 | 星形胶质细胞富集（胶质疤痕） | 完全脱髓鞘核心 |
| VI（血管浸润生态位） | EMP2、NECTIN2、AMOTL1（血管相关基因） | 内皮细胞、T细胞、B细胞、基质细胞 | 血管周围间隙，位于病变核心内 |
| GM（灰质） | SYT1、SNAP25等神经元基因 | 神经元、星形胶质细胞 | 皮层灰质 |
| EP（室管膜） | 纤毛相关基因（FOXJ1, SPAG17） | 室管膜细胞 | 脑室壁 |
血管浸润生态位：首次在MS空间图谱中被系统识别
VI生态位是一个重要的新发现，位于病变核心内的血管周围间隙，富集了内皮细胞、T细胞、B细胞和基质细胞（图1f，Extended Data Fig. 6f）。该生态位高表达：
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EMP2：调节VEGFA功能和整合素表达，参与免疫细胞血脑屏障穿越
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NECTIN2（CD112）：其配体CD226的基因变异与MS疾病恶化相关
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AMOTL1（JEAP）：血管极性蛋白
通路富集：JAK-STAT、TGFβ和TNF信号通路，提示持续的血管炎症和组织重塑。
这一发现将经典的“血管周围袖套”病理学概念提升到了分子空间图谱的水平，并指出VI生态位可能是慢性炎症和血脑屏障功能障碍的关键节点。
主要发现之二：一种形成长纤毛的新型星形胶质细胞
星形胶质细胞的十种亚型
通过对星形胶质细胞进行亚聚类，研究团队识别出10种亚型（图2a-b）：
| 星形胶质细胞亚型 | 特征 | 分布 |
|---|---|---|
| Homeo GM/WM（稳态） | 表达ALDH1L1、SLC1A2 | 对照和MS非病变区 |
| Stress（应激） | 表达HSP基因 | 病变周围 |
| TransC（过渡性纤毛） | 纤毛基因开始表达 | 病变边缘 |
| Cilia（纤毛） | 高表达DNAH11、CFAP54、SPAG17、FOXJ1 | 病变核心（LC生态位） |
| React（反应性） | 表达GFAP、VIM | 病变边缘和核心 |
| Dis1/2/3（疾病相关） | 表达OSMR、SERPINA3、C3 | 病变核心 |
| Phago（吞噬性） | 表达CD68、LGMN | 病变核心 |
关键验证：长达82微米的纤毛
研究团队通过smFISH（图2g）和免疫荧光（图2h-j）验证了纤毛星形胶质细胞的存在：
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使用ADCY2（星形胶质细胞标记）和SPAG17（纤毛标记）共定位
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发现病变核心中的星形胶质细胞纤毛长度可达82微米，远超市管膜细胞的纤毛（约2.5微米）
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这些纤毛不与GFAP（胶质纤维）或SMI32（神经丝）重叠，确认是星形胶质细胞自身的结构
功能意义
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转录因子活性：FOXJ1（纤毛形成主调控因子）在纤毛星形胶质细胞中高度激活（图2l-n）
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通路富集：仅富集“纤毛生物发生”相关通路（图2k），不富集炎症或神经毒性通路
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分布：特异性定位于慢性病变核心的胶质疤痕，在非活动性病变中更突出
推测功能：这些纤毛可能作为机械传感器或信号中心，在胶质疤痕形成和维持中起作用，而非直接参与炎症。先前研究已报道在小鼠线粒体功能障碍模型和脊髓损伤模型中存在类似细胞，本研究首次在人类MS病变中证实。
主要发现之三：病变类型间的分子差异
细胞类型水平的转录组变化
通过单核RNA-seq的差异表达分析（图3a-c），研究团队发现：
| 细胞类型 | 差异表达基因数量 | 主要变化方向 |
|---|---|---|
| 少突胶质细胞 | 最多 | 稳态基因→应激/炎症基因 |
| 髓系细胞 | 最多 | 稳态基因→吞噬/铁代谢/补体基因 |
| 星形胶质细胞 | 最多 | 稳态基因→反应性/疤痕基因 |
| 少突胶质细胞前体细胞 | 中等 | 在MS中丰度降低 |
| T细胞 | 少 | 在MS中丰度增加 |
关键基因变化（图3d-f）：
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MS-CA少突胶质细胞：上调NFKB2、CD274、HSPB1（炎症和应激）
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MS-CI少突胶质细胞：上调MPZ、NGFR（外周髓鞘相关基因，提示修复尝试）
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MS-CA髓系细胞：上调GPNMB、CD163、FTL、APOE、C1QA/B/C（吞噬、铁代谢、补体）
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MS-CA星形胶质细胞：上调OSMR、C3、SERPINA3（炎症和补体）
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MS-CI星形胶质细胞：上调ITGA2、COL6A1（疤痕形成）
空间生态位水平的差异
当比较MS-CA和MS-CI病变时（图3g-j）：
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LR和VI生态位在MS-CA中差异表达基因最多，共享SPP1、C1QA、TGFBR2等炎症和组织重塑基因
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LC生态位在MS-CA中富集PHLDA1、TGFB1、MERTK（抗炎和组织调控），在MS-CI中富集线粒体功能障碍相关通路
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细胞丰度：MS-CI病变核心中星形胶质细胞丰度更高（胶质疤痕更致密），而MS-CA病变边缘髓系细胞丰度更高
主要发现之四：病变边缘的细胞通讯网络
研究团队开发了一个严谨的细胞通讯推断流程（图4a），仅保留同时在单核和空间数据中显著、且配体/受体基因在特定细胞亚型中标记的相互作用，大大降低了假阳性率。
慢性活动性病变边缘的特异性通讯
从2,724对潜在配体-受体对中，筛选出190对在MS-CA病变边缘显著富集（图4b-f）。主要发现：
通讯1：星形胶质细胞 → 髓系细胞（HMGB1 - CD163/TLR2）（图4g-h）
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配体：HMGB1（高迁移率族蛋白B1，一种DAMPs分子）由星形胶质细胞、神经元、内皮细胞和少突胶质细胞产生
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受体：CD163和TLR2由髓系细胞（巨噬细胞/小胶质细胞）表达
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空间定位：smFISH证实HMGB1+星形胶质细胞与CD163+或TLR2+髓系细胞在MS-CA病变边缘紧密相邻，对照中无
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功能意义：CD163是血红蛋白清道夫受体，在MS-CA边缘的髓系细胞中高表达（与铁代谢相关）；TLR2是模式识别受体。此通讯可能介导损伤信号感知和铁介导的炎症。
通讯2：髓系细胞 ↔ 星形胶质细胞/内皮细胞（CD14 - ITGB1）（图4i-j）
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配体：CD14（脂多糖受体，经典单核/巨噬细胞标记）由髓系细胞表达
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受体：ITGB1（整合素β1，CD29）由髓系细胞、星形胶质细胞和内皮细胞表达
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空间定位：CD14+髓系细胞与ITGB1+星形胶质细胞和ITGB1+内皮细胞在MS-CA边缘共定位
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功能意义：ITGB1在髓系细胞趋化、星形胶质前体细胞血管导向迁移和内皮细胞血脑屏障稳定性中均有重要作用。此通讯可能连接免疫细胞浸润、胶质疤痕形成和血管重塑。
其他MS-CA特异性通讯（Extended Data Fig. 10）：
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SPP1（骨桥蛋白）- CD44：髓系细胞与星形胶质细胞/髓系细胞之间，参与炎症和迁移
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APOE - LRP1：髓系细胞与星形胶质细胞/少突胶质细胞之间，参与脂质代谢和吞噬
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C1QA/B/C - CD93：髓系细胞与内皮细胞之间，参与补体系统和血管功能
对MS病理机制和治疗的意义
从“细胞类型列表”到“空间互作网络”
本研究超越了传统单细胞测序的“细胞目录”模式，通过整合空间信息，揭示了：
| 病理过程 | 涉及的生态位 | 关键细胞互作 | 潜在干预靶点 |
|---|---|---|---|
| 炎症边缘形成 | LR | 星形胶质细胞→髓系细胞（HMGB1-CD163/TLR2） | HMGB1中和抗体；CD163抑制剂 |
| 免疫细胞浸润 | VI, LR | 髓系细胞→内皮细胞（CD14-ITGB1）；T细胞与内皮细胞粘附 | 抗整合素治疗（如那他珠单抗） |
| 胶质疤痕形成 | LC | 星形胶质细胞内部（纤毛形成） | FOXJ1调控？ |
| 髓鞘再生失败 | LC | 少突胶质细胞前体细胞停滞 | MPZ/NGFR信号？ |
| 铁介导的毒性 | LR | 髓系细胞CD163+铁摄取 | 铁螯合剂 |
与同期MS研究的互补
本研究与同期发表的Alsema et al.（白质病变进展轨迹）形成空间上的互补：
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Alsema et al. 侧重于白质病变从NAWM到活动/非活动病变的线性进展轨迹，识别了GPNMB、S100A11等边缘标记
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本研究侧重于皮层下病变的细胞类型组成和细胞间通讯，识别了纤毛星形胶质细胞和VI生态位，并验证了CD163、HMGB1等分子的功能互作
两篇论文共同构建了MS病变从分子通路到细胞类型再到空间组织的完整图谱。
资源可及性
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原始数据：GEO GSE279183；EGA EGAC50000000231
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交互式细胞浏览器：https://cells-test.gi.ucsc.edu/?ds=ms-subcortical-lesions （可浏览单核和空间数据）
局限性与未来方向
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横断面设计：尸检组织仅提供疾病终末期的快照，无法捕捉病变从活动性向非活动性转化的动态过程
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样本量：慢性活动性（n=8）和非活动性（n=4）病变样本量有限，特别是非活动性组
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皮层下区域局限性：结果可能不适用于皮层病变或脊髓病变
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功能验证缺失：纤毛星形胶质细胞的功能和在体作用需要通过动物模型或类器官进行因果性验证
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通讯推断的计算性质：尽管结合了空间邻近性，但配体-受体互作仍需通过功能实验（如共培养、中和抗体）确认
未来方向：
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纵向研究：结合7T-MRI铁环成像和空间转录组，在体追踪同一病变的演变
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功能模型：在EAE小鼠中敲除或过表达HMGB1、CD163、ITGB1等，观察对病变边缘形成和进展的影响
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治疗靶点验证：使用抗HMGB1抗体或ITGB1抑制剂在动物模型中测试能否抑制边缘炎症和病变扩大
结语
这项研究是首次将单核RNA测序与空间转录组学深度整合应用于MS皮层下病变分析，不仅绘制了高分辨率的细胞类型空间图谱，更重要的是识别了病变核心中一种长纤毛星形胶质细胞亚型和血管周围炎症生态位，并验证了慢性活动性病变边缘特异性的细胞通讯网络（HMGB1-CD163/TLR2，CD14-ITGB1）。这些发现将经典的神经病理学观察提升到了分子空间互作的层面，为开发靶向特定生态位（如阻断边缘炎症、调控纤毛信号、促进髓鞘再生）的新型MS治疗策略提供了精准的分子靶点和空间背景。
原始论文：Absinta, M., Schirmer, L., & Saez-Rodriguez, J. et al. Cell type mapping reveals tissue niches and interactions in subcortical multiple sclerosis lesions. Nat Neurosci 27, 2354–2365 (2024). https://doi.org/10.1038/s41593-024-01796-z
交互式资源：https://cells-test.gi.ucsc.edu/?ds=ms-subcortical-lesions