《Cell Systems》：The Smarcal1-Usp37 locus modulates glycogen aggregation in astrocytes of the aged hippocampus
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本研究针对衰老大脑中星形胶质细胞异常聚集多葡聚糖体（PGBs）的病理现象，通过BXD重组近交系小鼠模型开展系统遗传学分析，发现染色体1上Smarcal1-Usp37基因座（命名为Pgb1）可显著调控海马PGB负荷。研究结合转录组、蛋白组及行为学等多组学数据，揭示PGB积累与认知功能无显著相关性，并发现PGB主要富集于自噬功能紊乱的星形胶质细胞亚型（APDAs）中。该研究为年龄相关性糖原代谢异常提供了新的遗传学见解，对神经退行性疾病机制研究具有重要启示。
随着全球人口老龄化加剧，年龄相关性认知衰退已成为严峻的公共卫生问题。在衰老大脑中，海马区星形胶质细胞内常出现一种被称为多葡聚糖体（polyglucosan bodies, PGBs）的异常糖原聚集物。这类包涵体在拉福拉病（Lafora disease）和成人型多葡聚糖体病（adult polyglucosan body disease, APBD）等神经退行性疾病中已被证实与严重认知障碍密切相关，然而在正常衰老过程中，PGBs的积累是否同样会导致认知功能下降，其背后的遗传调控机制又如何，这些问题长期以来缺乏系统阐释。
为解开这一谜题，研究团队利用BXD重组近交系小鼠群体这一强大的遗传学研究平台，对衰老海马中的PGB负荷进行了精确量化。通过数量性状基因座（quantitative trait locus, QTL）作图，他们在小鼠染色体1上72-75 Mb区域发现了一个主效基因座——Pgb1，该位点可解释约25%的PGB负荷变异。进一步通过整合转录组学和蛋白组学数据，研究人员将目标基因锁定在SMARCAL1（SWI/SNF相关、基质相关、肌动蛋白依赖的染色质亚家族A样蛋白1）和USP37（泛素特异性肽酶37）这两个关键候选基因上。
深入机制研究表明，PGBs特异地聚集在一种新型星形胶质细胞亚群——自噬功能紊乱的星形胶质细胞（autophagy-dysregulated astrocytes, APDAs）中。单细胞测序分析显示，SMARCAL1和USP37在衰老星形胶质细胞中表达显著上调，且其表达受到星形胶质细胞特异性转录因子ETV4的调控。更值得关注的是，通过条件性恐惧记忆（conditioned fear memory, CFM）和Y迷宫等行为学测试，研究发现不同BXD品系小鼠的PGB负荷与认知表现之间并无显著相关性，这表明在正常衰老过程中，PGB积累可能是一种相对良性的年龄相关变化，而非直接导致认知衰退的致病因素。
在技术方法层面，本研究采用了多组学整合分析策略：通过免疫组织化学（LBP110抗体染色）定量分析海马PGB负荷；利用Affymetrix基因芯片和RNA测序进行转录组分析；采用SWATH质谱技术进行蛋白组定量；结合GEMMA算法进行遗传作图；并通过DeepLabCut深度学习算法对小鼠行为进行自动化分析。所有实验均使用年龄在16-24个月的BXD系列小鼠（包括32个品系）的海马组织样本。
主要研究结果
PGBs在自噬功能紊乱的星形胶质细胞中积累
研究首先证实了PGBs主要定位于衰老海马的星形胶质细胞，与自噬标志物SQSTM1/p62存在显著共定位。这种细胞特异性积累提示星形胶质细胞的自噬功能障碍可能是PGB形成的核心环节。
海马PGB负荷的遗传变异定位于chr 1基因座
在32个BXD品系中，PGB负荷表现出超过400倍的品系间差异。遗传作图将主效QTL定位在染色体1的72.5 Mb位置，命名为Pgb1基因座。该发现为解析PGB积累的遗传基础提供了关键线索。
候选基因分析确定SMARCAL1和USP37为潜在效应因子
从Pgb1基因座内的94个编码区域中，研究人员通过表达数量性状基因座（expression quantitative trait locus, eQTL）分析和非同义突变筛选，最终锁定SMARCAL1和USP37为最有可能的候选基因。蛋白质结构预测显示，USP37的C244S错义突变可能影响其螺旋结构稳定性。
单细胞RNA测序显示Pgb1基因座的细胞类型特异性活性
单细胞转录组数据分析表明，SMARCAL1和USP37在星形胶质细胞中特异性高表达，且其表达水平随年龄增长而上升。这从细胞类型特异性角度支持了Pgb1基因座在星形胶质细胞中的功能重要性。
转录因子ETV4可能介导Pgb1基因座基因的星形胶质细胞特异性调控
生物信息学分析发现，星形胶质细胞特异性转录因子ETV4可能直接调控SMARCAL1和USP37的表达。这一发现揭示了PGB积累的转录调控机制。
单核ATAC测序揭示Pgb1基因座的星形胶质细胞特异性染色质可及性
表观基因组分析显示，Pgb1基因座在星形胶质细胞中保持较高的染色质可及性，而在衰老神经元中则呈现可及性下降。这为理解年龄相关的PGB积累提供了表观遗传学视角。
Pgb1基因座基因在APDAs中上调
值得注意的是，SMARCAL1和USP37在APDAs中的表达水平显著高于其他星形胶质细胞亚型，进一步强化了这两个基因与PGB积累的病理关联。
表型组关联分析确定Pgb1为Hp1bp3 mRNA表达和PYGB蛋白丰度的反式调节因子
通过表型组关联分析（phenome-wide association study, PheWAS），研究发现Pgb1基因座可反式调节异染色质蛋白1结合蛋白3（Hp1bp3）的表达和糖原磷酸化酶B（PYGB）的蛋白水平，揭示了PGB形成的潜在下游通路。
PGB负荷与年龄相关性认知衰退无关
最令人意外的是，尽管PGB负荷在不同品系间差异巨大，但其与条件性恐惧记忆和Y迷宫表现等认知指标均无显著相关性。这一发现对传统认为PGB积累必然有害的观点提出了挑战。
研究结论与展望
本研究通过系统遗传学方法，首次揭示了衰老海马PGB积累的遗传调控机制，确定了SMARCAL1和USP37作为关键调控因子，并意外地发现年龄相关性PGB积累与认知功能衰退并无直接关联。这些发现不仅深化了我们对大脑衰老过程中糖原代谢异常的理解，也为相关神经退行性疾病的机制研究提供了新视角。
值得注意的是，PGB积累在病理状态（如拉福拉病）和生理性衰老中可能具有不同的生物学意义。在疾病状态下，PGBs可能是致病因素；而在正常衰老过程中，它们或许只是衰老过程中的伴随现象，甚至可能具有一定的保护性功能。这种差异提示我们需要更加辩证地看待年龄相关的大脑变化，为开发针对年龄相关性认知衰退的干预策略提供了重要理论基础。
该研究的另一重要价值在于建立了BXD小鼠模型在研究复杂年龄相关性状中的实用性，为未来探索其他衰老相关表型的遗传基础提供了方法学范例。随着更多调控PGB积累的遗传因子和分子通路被揭示，我们有望最终阐明大脑衰老的复杂调控网络，为促进健康老龄化提供新的思路。
