《Neuropeptides》：Region- and sex-dependent single-cell transcriptomic signatures of neurons and glia in the prefrontal cortex and nucleus accumbens in a rat model of alcohol relapse
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酒精使用障碍（Alcohol use disorder, AUD）的特征是在不良后果下仍无法控制饮酒，并伴有耐受性和/或戒断症状。值得注意的是，尽管酒精消费模式和复发易感性存在显著的性别差异，但在分子水平上仍知之甚少。在本研究中，研究人员对暴露于酒精剥夺效应（
酒精使用障碍（Alcohol use disorder, AUD）的特征是在不良后果下仍无法控制饮酒，并伴有耐受性和/或戒断症状。值得注意的是，尽管酒精消费模式和复发易感性存在显著的性别差异，但在分子水平上仍知之甚少。在本研究中，研究人员对暴露于酒精剥夺效应（Alcohol Deprivation Effect, ADE）范式（一种公认的复发样饮酒行为模型）的雄性和雌性远交系RccHan Wistar大鼠的内侧前额叶皮层（medial prefrontal cortex, mPFC）和伏隔核（nucleus accumbens, NAcc）进行了单细胞核RNA测序（single-nuclei RNA sequencing, snRNA-seq）。通过比较高饮酒量与低饮酒量大鼠，研究人员发现不同细胞类型中存在显著的转录变化，其中与复发相关的最高数量差异表达基因（differentially expressed genes, DEGs）出现在NAcc的GABA能中型棘状神经元（medium spiny neurons, MSNs）和mPFC的谷氨酸能神经元中。重要的是，研究人员还鉴定了性别和区域依赖的转录改变，包括先前已证实与人类AUD相关的多巴胺受体和磷酸二酯酶（phosphodiesterase, PDE）家族基因的差异表达，以及突触可塑性和神经免疫信号相关基因的改变。最后，研究人员发现小胶质细胞中免疫相关基因的诱导，以及星形胶质细胞和少突胶质细胞中免疫和髓鞘形成相关基因的性别依赖性激活。这些发现强调了与酒精复发饮酒相关的细胞类型、区域和性别依赖的分子特征，这可能为AUD提供新的治疗靶点。
论文解读：区域与性别依赖的酒精复发分子机制单细胞研究
本研究由Ludovica Rigat、Bismark Appiah、Aileen Hakus、Asude Zülal Gül、Christine Winter及Josef Priller等学者合作完成，发表于《Neuropeptides》。该研究聚焦于酒精使用障碍（AUD）这一全球性健康难题，特别关注了复发过程中的神经生物学机制及性别差异。鉴于目前对于AUD的分子基础，尤其是在复发背景下细胞类型特异性和性别特异性的转录调控了解不足，研究团队利用成熟的酒精剥夺效应（ADE）模型，结合前沿的单细胞测序技术，深入解析了大鼠关键脑区的分子重塑。
为开展此项研究，研究人员构建了包含六次剥夺周期的ADE模型，使用远交系RccHan Wistar大鼠（Envigo公司提供），并根据第五周期摄入量设定性别特异性阈值（雌性≥7 g/kg，雄性≥4 g/kg）将动物分为高饮酒组（HD）和低饮酒组（LD）。组织取材自第六次ADE周期结束后的mPFC和NAcc脑区。核心技术手段包括：单细胞核RNA测序（snRNA-seq）用于获取转录组图谱；流式细胞术（FACS）进行核分选；Scanpy软件进行质量控制、归一化、主成分分析（PCA）、Leiden算法聚类及Uniform Manifold Approximation and Projection（UMAP）可视化；Wilcoxon秩和检验鉴定差异表达基因（DEGs）；ClusterProfiler进行基因本体（GO）富集分析；以及针对伪批量数据进行的加权基因共表达网络分析（WGCNA）以处理远交系品系的变异性。
研究结果主要包含以下五个部分：
- 1.
聚类与细胞注释（Clustering and cell annotation）
研究人员通过snRNA-seq分析了来自6只雄性和6只雌性大鼠的204,347个细胞核，鉴定出12个不同的细胞簇。基于经典标记基因，这些细胞被注释为GABA能神经元、谷氨酸能神经元、少突胶质细胞、少突胶质前体细胞、星形胶质细胞、小胶质细胞、放射状胶质样祖细胞和内皮细胞。研究发现，高饮酒与低饮酒大鼠之间在细胞类型比例上没有显著差异，但特定细胞类型（如NAcc的MSNs和mPFC的谷氨酸能神经元）表现出最高数量的DEGs。WGCNA分析进一步证实基因表达模块与细胞类型、饮酒剂量及脑区相关，而非技术噪音。
- 2.
多巴胺受体和磷酸二酯酶的性别与区域依赖性转录变化（Sex- and region-dependent transcriptional changes of dopamine receptors and phosphodiesterases）
研究发现，在雌性HD大鼠的NAcc MSNs和mPFC谷氨酸能神经元中，多巴胺受体基因Drd1和Drd2均显著下调；而在雄性HD大鼠中，Drd1在mPFC上调，Drd2在NAcc上调。此外，磷酸二酯酶家族基因表现出复杂的调控模式。例如，Pde4b mRNA在雌性HD大鼠的NAcc MSNs中显著下调，而在雄性HD大鼠的mPFC谷氨酸能神经元中上调。Pde10a在雌性多个神经元亚型中下调，但在雄性mPFC中上调。这些结果表明多巴胺信号和cAMP/cGMP通路的调控具有显著的性别和脑区特异性。
- 3.
突触可塑性通路及性别依赖性改变（Transcriptional changes and sex-dependent alterations of synaptic plasticity pathways）
在突触可塑性方面，代谢型谷氨酸受体基因Grm5和Grm8在雄性和雌性中表现出相反的表达趋势。离子型受体亚基如Gria1和Grin1也显示出性别特异性的改变。关键突触后支架蛋白Dlg4（编码PSD-95）在雌性mPFC中下调，在雄性中上调。神经营养因子Bdnf在雌性mPFC和NAcc中下调，在雄性mPFC中上调。GO分析进一步证实了与学习、记忆、突触传递及突触组织调节相关的通路富集。
- 4.
细胞损伤与神经毒性的性别与区域依赖性特征（Sex- and region-dependent transcriptomic signatures of cell damage）
研究观察到与神经元损伤、氧化应激和细胞应激反应相关的基因存在显著差异。例如，凋亡相关基因Casp3、Casp9在雄性神经元中上调，在雌性中下调或不变。抗氧化基因Sod1和Sod2普遍下调，而线粒体基因Mt-nd1和Mt-co1则表现出性别特异性的表达模式。此外，与神经免疫、癌症相关的基因（如Fosl1、Mmp19、Atl1）在雄性中倾向于上调，在雌性中下调。
- 5.
HD大鼠胶质细胞的神经炎症信号（Neuroinflammatory signalling in glial cells of HD rats）
在小胶质细胞中，研究人员发现了最强的免疫激活信号，包括补体系统（C1qa, C3）和MHC相关基因的上调。星形胶质细胞在雌性HD大鼠中表现出显著的补体基因（C1qa, C3）和Cd74诱导，而在雄性中则表现为谷氨酸转运体Slc1a2（GLT-1）和Slc1a3（GLAST）的上调。少突胶质细胞在雌性HD大鼠中表现出独特的转录特征，既有免疫基因（C1qa, Cd74）的上调，也有髓鞘相关基因（Tf, Mobp, Mbp）的显著诱导。特别值得注意的是，Pde4b在少突胶质细胞中也表现出性别和区域依赖的差异表达。
在讨论部分，作者指出本研究揭示了酒精复发过程中，mPFC和NAcc在神经元和胶质细胞中发生的复杂且高度依赖于性别和脑区的转录重组。这些发现不仅证实了既往关于多巴胺系统（如Drd2下调）和PDE家族在AUD中作用的假设，更重要的是强调了性别因素在解析这些分子机制中的核心地位。例如，雌性对酒精的有害影响可能更为敏感，这与其在研究中表现出的独特转录谱（如Bdnf下调、免疫基因上调）相吻合。胶质细胞的广泛参与，特别是小胶质细胞的激活和星形胶质细胞/少突胶质细胞的性别特异性反应，表明神经炎症和髓鞘稳态失调是AUD复发的重要病理特征。尽管缺乏酒精初治对照组是一个局限，但HD与LD的比较有效捕捉了与复发行为相关的表观遗传痕迹。综上所述，该研究为开发针对特定细胞类型、脑区和性别的AUD精准治疗策略提供了宝贵的分子靶点和理论依据。
