《Journal of Advanced Research》：Spatial transcriptomics links hippocampal synaptic remodeling to microglial phagocytosis in synucleinopathy
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摘要
突触核蛋白病（synucleinopathy）包括帕金森病（Parkinson’s disease, PD）及路易体痴呆（Lewy body dementia, LBD），其核心病理特征为α-突触核蛋白（α-synuclein, α-syn）错误折叠并在
摘要
突触核蛋白病（synucleinopathy）包括帕金森病（Parkinson’s disease, PD）及路易体痴呆（Lewy body dementia, LBD），其核心病理特征为α-突触核蛋白（α-synuclein, α-syn）错误折叠并在神经元内形成路易小体。尽管已知此类疾病存在区域选择性损伤，例如PD主要影响黑质纹状体多巴胺系统，LBD累及新皮质，但其分子机制尤其海马的易感性仍不清楚。研究人员旨在验证G2-3 α-syn转基因小鼠模型是否能够再现人类突触核蛋白病的区域选择性易感性，并解析其潜在的分子与细胞机制。采用6个月龄G2-3小鼠及其野生型同窝对照进行空间转录组学分析，结合基因本体论（Gene Ontology, GO）与京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes, KEGG）富集分析，并通过免疫组织化学及细胞类型去卷积验证结果。空间转录组数据显示，G2-3模型中海马齿状回（dentate gyrus, DG）及CA亚区转录改变最为显著，GO分析显示突触相关生物学过程富集，免疫组织化学证实突触后密度蛋白95（postsynaptic density protein 95, PSD95）减少且错位分布并与胶质细胞共定位；KEGG分析进一步揭示丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase, MAPK）信号通路激活，免疫染色检测到神经元磷酸化细胞外信号调节激酶（phospho-extracellular signal-regulated kinase, p-ERK）水平升高。结果表明，在α-syn病理背景下，海马呈现独特的分子与结构易感性。本研究证明海马是G2-3模型中选择性易感区域，同时存在转录与结构层面的突触改变，空间转录组技术揭示了突触相关过程及MAPK通路的富集，免疫组织化学验证了PSD95错位及p-ERK激活，为理解突触核蛋白病的区域特异性机制提供了重要依据。
论文解读
研究背景与意义
突触核蛋白病是一类由α-syn错误折叠引起的神经退行性疾病，典型代表为PD与LBD。这类疾病表现出明显的区域选择性病理分布，但其背后的分子基础尚未完全阐明，尤其是海马为何在部分病例中呈现高度易感性仍是未解的问题。G2-3小鼠携带人源A53T突变α-syn基因，可在脑内广泛表达该致病蛋白，是研究突触核蛋白病的常用模型。然而，针对该模型的分子机制研究多集中于运动症状相关的黑质纹状体系统，对海马等非运动相关区域的早期变化关注不足。因此，研究人员利用空间转录组学技术，从保留组织结构信息的高分辨率层面解析G2-3模型不同脑区的转录变化，并结合细胞和分子实验验证，探讨海马在突触核蛋白病中的特异性病理机制。该研究发表于《Journal of Advanced Research》。
关键技术方法概述
研究选用6个月龄雄性G2-3转基因小鼠及其野生型同窝对照，使用10x Visium空间转录组平台对新鲜冷冻脑切片进行高通量转录组检测，测序数据经SpaceRanger比对至小鼠参考基因组并进行质量控制，随后在Seurat框架下完成标准化、批次校正及聚类分析。脑区注释结合区域标记基因表达模式与Allen Brain Atlas解剖参考，差异基因分析采用Wilcoxon秩和检验筛选显著变化的转录本。功能富集分析通过clusterProfiler及gprofiler2进行GO与KEGG通路解析。细胞类型去卷积采用条件自回归模型（Conditional AutoRegressive model based Deconvolution, CARD），整合Allen脑图谱的单细胞转录组数据，估算各空间位点的细胞组成比例。免疫表型验证通过免疫荧光染色与定量成像实现，体外机制研究使用皮层与海马来源的原代神经元-星形胶质细胞-小胶质细胞三重共培养体系，并应用α-syn预成纤维（preformed fibrils, PFF）诱导病理状态，辅以药理学抑制实验验证信号通路功能。
研究结果
空间转录组揭示G2-3小鼠脑区特异性转录改变
研究人员在G2-3模型中检测到α-syn广泛表达并聚集，尤其在海马与黑质区域明显。空间转录组将脑区划分为皮层、海马亚区、中脑、丘脑、嗅球等，发现海马DG与CA层差异表达基因数量最多，提示其为α-syn病理的主要靶区。
区域特异性转录变化
在海马DG颗粒下层（DG-sg）与分子层（DG-mo）、CA1/2等亚区均观察到显著的突触相关基因上调，同时吞噬相关基因Cd68、Gpnmb、Tyrobp表达增强，而中脑与丘脑则更多表现为突触抑制性特征。免疫荧光验证了部分转录变化在蛋白水平的对应，但c-Fos蛋白下降提示存在转录-翻译解偶联现象。
GO分析揭示海马突触改变
GO富集结果显示，DG-sg与CA1/2显著富集于突触可塑性调控、突触结构组织、树突棘发育等过程。免疫染色发现突触前标志物synaptophysin无明显变化，而突触后标志物PSD95在海马显著减少，并呈弥散分布及胶质样形态，提示突触后结构受损或被胶质细胞清除。
KEGG分析揭示海马MAPK通路激活
KEGG分析显示MAPK信号通路在海马亚区特异性富集，免疫染色证实p-ERK在海马DG区表达强度显著升高，表明该通路在病理状态下被过度激活。
细胞类型去卷积揭示吞噬型小胶质细胞增多
CARD分析显示G2-3模型海马DG区小胶质细胞比例显著增加，吞噬相关受体基因Axl、Itgam、Mertk、Trem2表达上调，且炎症表型标记缺失，提示为非炎症性吞噬激活。免疫荧光证实PSD95在小胶质细胞内累积，支持异常吞噬导致突触丢失的机制。
AXL–AKT依赖的小胶质细胞吞噬激活
体外三重共培养实验显示，海马来源的小胶质细胞在α-syn PFF刺激下Axl表达升高，CD68阳性吞噬溶酶体活性增强，药理学抑制AKT信号可显著降低吞噬标志物的表达，证实AXL–AKT轴在海马小胶质细胞吞噬作用中的必要性。
讨论与结论
研究讨论指出，G2-3模型在早期阶段即表现出海马优势性的α-syn磷酸化积聚，这与人类LBD的病理特征一致。空间转录组结合细胞表型分析揭示了非炎症性吞噬型小胶质细胞通过AXL–AKT信号通路介导海马突触重塑的新机制。研究人员强调，这种转录-翻译解偶联及突触结构丧失可能是海马功能障碍的早期事件，并为理解突触核蛋白病的区域选择性损伤提供了分子解释。结论部分明确：在6个月龄G2-3模型中，海马尤其是DG-sg与CA1/2是主要的分子易感区域，表现为突触组织基因下调、PSD95错位并被小胶质细胞摄取，伴随神经元MAPK/ERK通路激活及AXL–AKT依赖的吞噬型小胶质细胞反应。这些发现不仅加深了对突触核蛋白病发病机制的理解，也为靶向海马突触保护及小胶质细胞功能调控的治疗策略提供了潜在方向。
