期刊：Neuron
影响因子：14.7
主要技术：Stereo-seq，snRNA-seq

摘要
浙江大学医学院附属第一医院章京教授和浙江大学医学院段树民院士团队于2025年3月在Neuron上在线发表了文章Molecular Pathways and Diagnosis in Spatially Resolved Alzheimer’s Hippocampal Atlas，该研究通过‌空间转录组技术（Stereo-seq）‌ 结合‌单核RNA测序（snRNA-seq）‌，首次构建了‌人类海马体的单细胞空间转录组图谱‌，系统揭示了阿尔茨海默病（AD）中海马体各亚区的基因表达、细胞分布及功能通路变化，并首次提出血浆中外泌体携带的CCK与PMP2蛋白可作为AD诊断新型生物标志物。

主要技术
Stereo-seq，snRNA-seq

背景
阿尔茨海默病（AD）作为最常见的痴呆类型，其核心病理特征 ——β 淀粉样蛋白（Aβ）斑块沉积与神经原纤维缠结（NFT）—— 已被研究数十年，但靶向这些病理蛋白的疗法效果有限，甚至伴随严重副作用。问题的关键在于，以往 AD 海马体研究多依赖小鼠模型，且缺乏 “单细胞分辨率 + 空间位置 + 病理特征” 的多维度整合分析，难以揭示人类 AD 的真实病理机制。

研究方法
多模态技术构建 “空间 - 细胞 - 病理” 三维图谱，技术路线围绕 “空间解析 + 单细胞分型 + 病理关联” 设计（图 1A）。

基础研究阶段：16 例尸检海马体样本，其中 8 例为中晚期 AD，8 例为年龄、性别匹配的健康对照（无痴呆、无海马病理），所有样本均满足 “死后间隔（PMI）<12 小时 + RNA 完整性（RIN）>6”，确保数据可靠性；

临床验证阶段：154 例受试者，包括 45 例 AD、43 例非 AD 痴呆（NAD，含血管性痴呆、路易体痴呆等）、66 例健康对照（HC），AD 与 NAD 均经脑脊液（CSF）或 PET-CT 验证，确保诊断准确性。

核心技术：
Stereo-seq：提供 50μm×50μm（Bin100）的高空间分辨率与全转录组覆盖，生成 32 张海马体切片的空间基因表达数据，首次实现人类海马体 7 个主要亚区的精准划分；

snRNA-seq：解离 500μm 海马切片获取细胞核，最终得到 198,415 个合格细胞，聚类为 17 种细胞类型；

病理验证：通过 Aβ/pTau 免疫组化确认 AD 病理，H&E 染色辅助亚区定位，免疫荧光验证小胶质细胞 / 星形胶质细胞的空间分布，实现 “空间转录组 - 病理特征” 的精准对齐。
 

图1

文章思维导图
 

核心发现
1. AD相关的基因表达变化和细胞分布
差异分析得到585 个 AD 相关 DEGs：全海马体紊乱与亚区特异损伤并存，对 Stereo-seq 数据进行亚区水平差异分析，共鉴定出 585 个 AD 相关差异表达基因（DEGs），其中 353 个上调、232 个下调，可分为 “共享 DEGs” 与 “亚区特异 DEGs”（图 2A、2B）：共享上调 DEGs（87 个）：富集线粒体电子传递、氧化磷酸化、免疫反应通路，如炎症基因 CD74 在全海马体上调，提示 AD 存在全局能量代谢紊乱与神经炎症；共享下调 DEGs（28 个）：集中在细胞黏附（如 NRXN3）与线粒体功能（如 MT-RNR2），反映 AD 中细胞连接破坏与线粒体损伤。（图2A,B）

CA1 亚区：作为 Aβ 沉积最严重的区域，富集 Aβ 纤维形成相关基因（如 SPON1、DYRK1A），且兴奋性神经元（EX-CA1）数量显著减少，其蛋白折叠通路下调、凋亡通路上调（如 DDIT3），直接导致神经元选择性损伤；CA4 亚区：拥有最多特异 DEGs，且富集线粒体电子传递链基因（如 ATP1A3），提示 CA4 可能通过代谢代偿抵抗 AD 病理，这也解释了为何 CA4 神经元数量在 AD 中基本不受影响；伞部（FAS 亚区）：突触修剪通路显著上调，补体系统基因（如 C3、C1QB）在该区域高表达（图 2E、2F），且小胶质细胞与星形胶质细胞的异常互作（如 SPP1-ITGB1 配体 - 受体结合）强化了突触修剪，导致突触结构紊乱，而伞部是海马体与其他脑区的纤维连接通路，其功能异常直接破坏记忆信号传递。
 

图2

2. 细胞空间重构：胶质细胞 “抱团活化”，神经元 “选择性死亡”
通过 Spatial-ID 算法将 snRNA-seq 的细胞类型映射到 Stereo-seq 的空间位置，研究发现 AD 中海马体细胞的分布与互作存在显著重构（图 3A、3B）：小胶质细胞的 “反应型富集”：聚类为 5 个亚型，其中 Micro.1（高表达补体基因 C3/C1QB）为疾病相关小胶质细胞（DAM），其在伞部的比例显著升高（AD vs 对照，p<0.01），且围绕 Aβ 斑块核心分布（0-40μm 范围内密度最高），主要参与免疫反应与细胞杀伤（图 3G、3H、4L）；星形胶质细胞的 “炎症型聚集”：聚类为 7 个亚型，Astro.4（高表达炎症基因 VIM、CCL2）为疾病相关星形胶质细胞（DAA），同样在伞部富集，且与 Micro.1 的距离 <100μm 时，两者的炎症相关互作（如 MIF-CD44）显著增强，形成 “胶质细胞炎症灶”（图 3M、3O），神经元的 “选择性损失”：CA1、CA2、DG 的兴奋性神经元（EX-CA1、EX-CA2、EX-DG）密度显著降低，而 CA3/4 的兴奋性神经元（EX-CA3/4）数量稳定，且其金属离子稳态通路上调（如 QKI），提示 EX-CA3/4 具 AD 抗性 —— 这一差异可能是 AD 患者早期记忆损伤（依赖 CA1/DG）而非完全记忆丧失的原因。
 

图3

3.Aβ 斑块微环境：“核心 - 外壳” 细胞分布，亚区响应各异
通过 Aβ 染色与 Stereo-seq 切片的精准对齐，研究首次解析了人类 AD 中 Aβ 斑块周围的分子与细胞动态（图 4A、4B）：Aβ 沉积的亚区差异：CA1、CA4、FAS、SLRM 为 Aβ 高沉积区，其中 CA1 和 SLRM 的 Aβ 负荷最高（图 4C）；细胞的 “梯度分布” 模式：以 Aβ 斑块为中心，设置 5 个 20μm 间隔的同心圆，发现小胶质细胞在 0-40μm 范围内密度最高（核心包围），星形胶质细胞在 20-40μm 达峰值（外壳分布），兴奋性神经元则随距离斑块越近密度越低（图 4L）；Aβ 相关 DEGs 的细胞来源：CA1 中 46.75% 的 Aβ 相关 DEGs 来自兴奋性神经元（富集氧化磷酸化通路），SLRM 中 29.27% 来自星形胶质细胞（富集胶质生成与 Aβ 清除通路），反映不同亚区对 Aβ 沉积的响应存在细胞类型特异性。
 

图4

4. 脑源性 EVs 标志物：血浆 CCK/PMP2+EVs 为 AD 诊断破局
为将基础研究转化为临床工具，研究聚焦 “脑源性细胞外囊泡（EVs）”——EVs 可携带脑内分子进入外周血，是理想的无创诊断标志物。通过交集分析（Stereo-seq DEGs、snRNA-seq DEGs、脑源性 EVs 基因库），筛选出 102 个 EVs 相关 DEGs，最终锁定CCK（胆囊收缩素） 与PMP2（外周髓鞘蛋白 2）（图 5C、5D），临床验证性能：在 154 例样本中，血浆 CCK+、PMP2+EVs 在 AD 患者中显著降低（AD vs HC，p<0.01）；单独使用 CCK+EVs 区分 AD 与 HC 的 AUC 达 0.90（灵敏度 93%、特异性 74%），两者联合年龄构建的整合模型 AUC 进一步提升至 0.95（灵敏度 96%、特异性 85%），区分 AD 与 NAD 的 AUC 达 0.84（灵敏度 89%、特异性 67%）（图 5J、5K）；CSF 中 CCK+、PMP2+EVs 同样能有效区分 AD 与 HC，且 EVs 检测的批内 / 批间变异系数≤10%，无需侵入性脑脊液采集，适合大规模临床筛查。

图5

讨论
该研究核心突破在于填补了技术空白，首次构建 “单细胞 + 空间 + 病理” 的人类 AD 海马体多模态图谱，揭示了伞部胶质细胞炎症灶、CA1 神经元选择性损失等以往小鼠模型未发现的病理特征；

提出新治疗靶点：伞部 Micro.1 与 Astro.4 的异常互作（如 SPP1-ITGB1）可能是突触修剪过度的关键，靶向该互作或可保护 AD 患者的突触功能并开发新型诊断工具：血浆 CCK/PMP2+EVs 整合模型的诊断性能优于传统标志物（如 CSF Aβ42/Aβ40），且无创便捷，为 AD 早期筛查提供新方案。

但研究局限主要在样本量与代表性：基础研究的尸检样本仅 16 例，需扩大年龄、性别及 AD 分期的多样性；技术上Stereo-seq 的基因捕获效率有限，且 Aβ 染色与转录组切片为相邻切片，对齐存在轻微空间误差；标志物特异性：尚未验证 CCK/PMP2+EVs 对其他神经退行性疾病（如帕金森病痴呆）的特异性，需进一步扩大队列。

参考文献：
[1] Wang P , Han L , Wang L ,et al.Molecular pathways and diagnosis in spatially resolved Alzheimer's hippocampal atlas[J].Neuron, 2025, 113(13):2123-2140.e9.DOI:10.1016/j.neuron.2025.03.002.