新生儿缺血性海马早期转录响应揭示细胞特异性脆弱机制与神经保护新靶点

来源：作者：人气：-发表时间：2025-07-07 14:11:00【大中小】

摘要：研究通过单核RNA测序技术构建了P8小鼠海马细胞图谱，开发了机器学习分类器精准识别细胞类型。

新生儿缺氧缺血性脑损伤是导致婴幼儿死亡和神经发育障碍的首要原因，其中代谢活跃的海马区尤为脆弱。目前临床治疗面临两大困境：一是缺乏针对早期损伤窗口的有效干预措施，二是对细胞类型特异性损伤机制认识不足。传统研究多聚焦于损伤后数天至数周的迟发性神经元死亡，而决定损伤转归的关键早期事件仍如"黑箱"。

图1 早期转录应答揭示新生儿缺血性海马中细胞类型特异性的脆弱性与神经保护机制

挪威科技大学等机构的研究团队在《Acta Neuropathologica Communications》发表突破性研究。研究人员采用改良Vannucci法建立P8（相当于人类妊娠32-42周）小鼠缺氧缺血模型，通过单核RNA测序（snRNA-seq）结合独创的机器学习分类系统，绘制了包含42万细胞的参考图谱。研究创新性地开发了贝叶斯优化算法驱动的细胞分类器，准确率较传统方法显著提升。实验设计包含假手术组、单纯缺氧组和缺氧缺血组，在损伤后3小时即开展分析，捕捉到常规方法难以检测的早期转录事件。

关键技术包括：1）改良Vannucci法建立新生儿缺氧缺血模型；2）split-pool组合条形码技术进行单核转录组测序；3）整合33种细胞类型的海马参考图谱构建；4）基于高斯过程优化的机器学习分类算法开发；5）SCENIC基因调控网络分析；6）免疫荧光共聚焦验证关键蛋白表达。

细胞特异性脆弱模式

通过机器学习辅助的细胞聚类，研究首次发现CA1区成熟神经元在缺氧缺血3小时后即减少65.88%，而DG区未成熟颗粒细胞保持稳定。免疫组化证实NeuNhigh成熟神经元显著减少，TUNEL检测显示DG颗粒细胞层凋亡增加。转录组分析揭示脆弱神经元中核糖体生物合成通路异常激活，可能加剧能量危机。

图2 通过机器学习生成用于精确细胞类型注释的综合海马图谱

关键调控网络解析

SCENIC分析鉴定出Hivep2、Bcl11a、Bcl6和Thra等转录因子构成核心调控模块，这些因子在脆弱神经元中活性降低，导致钙稳态相关基因（如Cacnb2、Camk2a等）表达紊乱。有趣的是，抗压神经元中Klf12和Pdlim5调控网络保持稳定，Cajal-Retzius细胞通过激活Smoothened信号通路获得保护。

胶质细胞快速响应

选择性剔除实验显示，KCs而非树突状细胞(DCs)是CD4+ T细胞发挥作用的关键平台。被"许可"(licensed)的KCs高表达MHC II和共刺激分子(CD40、CD80、CD86)，并分泌IL-27。

IL-27的治疗潜力

损伤3小时后即观察到CD86+小胶质细胞和GFAP+星形胶质细胞比例增加。Runx1被鉴定为小胶质细胞早期免疫反应的关键调控因子，其靶基因涵盖Ccl4、Il1a等炎症因子和C1qb等吞噬相关基因。内皮细胞则通过下调Tead4/Lef1发育程序，同时激活VEGFA和ANGPT2信号启动血管修复。这项研究开创性地绘制了新生儿脑损伤的早期分子图谱，揭示了决定细胞命运的关键时间窗口。发现的Hivep2-Bcl11a调控模块和Runx1靶向网络为开发神经保护药物提供了新靶点。建立的hippo-seq.org平台将成为领域重要资源，其机器学习分类算法成功纠正了既往研究中5种细胞的错误注释。研究提出的"核糖体生物合成亢进加剧神经元损伤"新机制，为临床联合干预能量代谢和钙稳态紊乱提供了理论依据。该成果对改善新生儿脑损伤预后具有重要转化价值，也为其他脑缺血疾病的治疗策略开发提供了新思路。

参考资料

[1] Early transcriptional responses reveal cell type-specific vulnerability and neuroprotective mechanisms in the neonatal ischemic hippocampus