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转录组联合磁共振无创成像技术在多发性硬化症中慢性炎症的研究

2026-01-06     来源:本站     点击次数:106

近期一项研究通过多组学技术揭示了多发性硬化症(MS)中慢性炎症诱导的衰老样胶质细胞的空间分布特征及其在疾病进展中的关键作用。该研究结合单细胞转录组测序、空间转录组学和3T磁共振成像技术,首次在相对年轻的进展型MS患者脑组织中发现衰老样细胞在白质慢性活动性病变边缘特异性聚集,并构建了人诱导多功能干细胞(hiPSC)来源的神经类器官模型验证炎症驱动衰老的机制。研究表明,小胶质细胞对炎症诱导的衰老过程尤为敏感,而中枢神经系统渗透性抗炎药物可部分逆转这一现象。此外,通过MRI估计的脑年龄分析显示,慢性活动性病变负荷高的患者大脑呈现加速衰老特征,这为理解MS的沉默进展机制提供了新视角。

本研究由Francesca Fagiani, Edoardo Pedrini等11位共同第一作者,Martina Absinta等通讯作者共同完成。研究成果以"Spatially-restricted inflammation-induced senescent-like glia in multiple sclerosis and patient-derived organoids"为题,于2025年9月在《Nature Communications》期刊正式发表。

重要发现
01细胞衰老特征的空间分布规律
通过单核RNA测序(snRNA-seq)对32例冻存脑组织样本的197,912个细胞核进行分析,研究团队发现MS脑组织中存在显著的细胞衰老异质性。利用国际共识推荐的SenMayo基因集(包含125个衰老相关基因)进行评分,发现衰老样细胞在MS白质中的比例显著高于对照组(13% vs 7%),尤其在慢性活动性病变边缘最为富集。空间转录组学分析进一步揭示了衰老特征从病变核心向周围白质区域的梯度扩散模式,这种离心式传播在慢性活动性和非活动性病变中尤为明显,而在急性活动性病变中尚未形成。

02多维度成像技术的协同验证
研究采用多重免疫荧光技术对p16INK4a、TP53BP1和核纤层蛋白B1等经典衰老标志物进行空间定位验证。结果显示,MS脑组织中的p16INK4a阳性细胞比例显著高于对照组,特别是在慢性活动性病变边缘的MHCII+CD68+小胶质细胞中聚集明显。值得注意的是,空间转录组数据通过10x Visium平台获取,在对45,355个55μm空间斑点进行分析时,发现病变边缘区域特异性高表达SPP1、CHIT1等小胶质细胞基因,同时伴随衰老相关基因SERPINA3、HMGB1的梯度分布。这种多尺度成像技术的交叉验证,为理解衰老细胞的空间传播提供了有力证据。

03类器官模型中的动态观测
研究者建立了hiPSC来源的胶质细胞富集类器官模型,通过暴露于MS患者脑脊液(CSF)模拟炎症环境。衰老相关β-半乳糖苷酶(SA-β-gal)染色显示,炎症刺激后24小时类器官的衰老区域显著增加,其中小胶质细胞对炎症诱导的衰老最为敏感。单细胞转录组测序进一步证实,衰老样小胶质细胞高表达细胞周期抑制基因(CDKN1A、CDKN2A)和炎症通路基因(CXCL10、CCL5等)。在药物干预实验中,脑渗透性BTK抑制剂tolebrutinib不仅能减轻衰老,还能逆转CSF诱导的少突胶质细胞毒性,这为靶向衰老细胞的治疗策略提供了实验依据。

创新与亮点
01成像技术方法的突破
本研究创新性地将空间转录组学与临床影像学相结合,解决了传统技术难以捕捉衰老细胞空间分布的难题。通过Visium技术获得的6.5mm²组织区域转录组数据,实现了55μm分辨率下的基因表达空间定位。这种高精度空间成像技术成功捕捉到衰老信号从病变中心向周围的梯度扩散,为理解MS病变的离心式扩张提供了直接证据。此外,研究开发的算法工具(如SPATA2)能够自动识别组织切片中的基因表达梯度,显著提升了空间转录组数据的解析效率。

在临床转化方面,研究团队建立了基于3T MRI的脑年龄预测模型,通过对528例成年人的MRI图像进行机器学习分析,发现慢性活动性病变(PRL)数量≥4的患者大脑呈现加速衰老特征。这种无创成像技术为在体评估疾病进展提供了新指标,相较于传统的脑体积测量,能更早发现神经退行性变化。特别值得注意的是,年轻MS患者即使尚未出现明显脑萎缩,但其脑年龄已显著提前,这为早期干预提供了重要时间窗口。

02生物医学价值的体现
该研究首次在人类MS脑组织中证实炎症诱导的衰老样细胞具有改变局部微环境的能力。通过CellChat软件对细胞间通信网络的分析显示,衰老样小胶质细胞通过APOE、C3、SPP1等信号通路与星形胶质细胞、血管细胞等形成异常连接网络。这种细胞间通讯的重编程可能是导致慢性活动性病变持续存在的重要机制。在治疗层面,研究证明脑渗透性药物(如ibudilast、R-α-硫辛酸等)可有效抑制类器官中的炎症诱导衰老,为开发针对MS进展期的特异性疗法开辟了新方向。

总结与展望
本研究通过多组学技术体系揭示了细胞衰老在多发性硬化症进展中的关键作用,建立了炎症-衰老-疾病进展的因果关系链。空间转录组学与临床影像学的创新结合,为在体评估疾病提供了新的生物标志物。类器官模型的成功构建不仅验证了人类脑组织中的发现,更为药物筛选提供了高效平台。未来研究可进一步探索衰老细胞的具体清除策略,以及不同细胞类型衰老的时序特征和相互作用机制。随着成像技术的不断进步,有望实现对MS患者脑内衰老细胞的在体动态监测,从而推动个体化治疗的发展。这些研究成果不仅对多发性硬化症,也对其他神经退行性疾病的机制研究和治疗开发具有重要借鉴意义。

论文信息
声明:本文仅用作学术目的。
Fagiani F, Pedrini E, Martire MS, Gastoldi G, Vanden Bulcke C, Lin JP, Maric D, Brambilla E, Ruffini F, Peri C, Calabresi PA, Maggi P, Panina-Bordignon P, Martino G, Reich DS, Absinta M. Spatially-restricted inflammation-induced senescent-like glia in multiple sclerosis and patient-derived organoids. Nat Commun. 2025 Sep 26;16(1):8477.
DOI:10.1038/s41467-025-63371-9.
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