根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）的數(shù)據(jù)，自2017年以來，重度抑郁癥（MDD）已成為世界上最主要的殘疾原因之一，其潛在的細胞和分子機制已有研究者對于男性的MDD基于單細胞分辨率進行初步探索（Corina Nagy, Nat Neurosci 2020）。本研究為首次基于單細胞核測序技術(shù)（snRNA-Seq）以及空間組學(xué)技術(shù)（Spatial Transcriptome），采用靈長類造模，對于女性受社會地位MDD的致病機制進行了研究，并定位致病關(guān)聯(lián)的細胞類型。

烈冰科技合作伙伴——重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科團隊針對上述問題開展了系列研究，于2023年7月在Nature Neuroscience （IF=28.771）上發(fā)表了題為“Integrating spatial and single-nucleus transcriptomic data elucidates microglial-specific responses in female cynomolgus macaques with depressive-like behaviors”的研究論文。重醫(yī)附一院終身教授謝鵬，鄭鵬研究員為共同通訊作者，武靖博士后、李一帆博士、黃羽博士為共同第一作者。

烈冰生物承擔了本研究中的單細胞測序、空間轉(zhuǎn)錄組和數(shù)據(jù)分析工作，下面跟隨小編的步伐，一起來看看本文的實驗設(shè)計和研究成果吧~

單細胞核測序?qū)嶒炘O(shè)計

實驗分組：高社會等級 Controls n = 7、低社會等級 Depressive Like n = 7、低社會等級 RES n = 5

主要技術(shù)手段：單細胞核（snRNA-seq）測序、空間轉(zhuǎn)錄組（Visium ST）測序

單細胞捕獲平臺：10x Genomics

NovelBarin云平臺分析：細胞聚類分析，subCluster分析，差異基因表達分析，GO/Pathway分析，Cellphone分析，QuSAGE分析、WGCNA分析

研究成果解析

圖1：實驗設(shè)計及分析原理

一、 基于單細胞大類差異的疾病關(guān)聯(lián)基因簇解析

1. 單細胞核測序初步分析與細胞類型確認

研究者采用行為學(xué)量化評價指標，對于猴子的社會等級與心理狀態(tài)進行了劃分，并將不同臨床表現(xiàn)形式的三組樣本進行單細胞核測序以及空間組學(xué)測序。為保證后續(xù)分析嚴謹可靠，研究者與烈冰的生信團隊一起，從基因數(shù)量，線粒體，雙細胞等角度對于數(shù)據(jù)進行質(zhì)控，最終得到136231個細胞核，并對于分組間測序質(zhì)量比較無顯著差異，說明了本次核測序穩(wěn)定可靠，批次差異小，可用于后續(xù)分析。這些細胞核最終被分為8個細胞大類，其神經(jīng)元細胞與膠質(zhì)細胞的比例特征與前人研究一致，進一步證明數(shù)據(jù)可靠。

2. 對照組與抑郁組獼猴細胞類型大類差異

隨后烈冰醫(yī)藥分析團隊采用經(jīng)典的神經(jīng)領(lǐng)域的單細胞分析策略，比較DL組和正常組各大類細胞的差異基因，共鑒定240個不重復(fù)的差異表達基因。這些差異基因主要富集在膠質(zhì)細胞，尤其是其中的小膠質(zhì)細胞（56.25%），而非神經(jīng)元細胞中。其中的小膠質(zhì)細胞的特異性差異，主要和免疫反應(yīng)激活息息相關(guān)。

研究團隊后續(xù)創(chuàng)造性地采用共表達網(wǎng)絡(luò)分析（Co-Exp）分析這些基因結(jié)合DisGeNET數(shù)據(jù)庫以及MDD研究情況，得到兩個疾病相關(guān)的基因大類，即與抑郁顯著相關(guān)的D-Pattern（主要由小膠質(zhì)細胞構(gòu)成）和與社會地位相關(guān)R-Pattern（主要由星狀膠質(zhì)細胞構(gòu)成），這為研究者和烈冰醫(yī)藥分析團隊鎖定小膠質(zhì)細胞提供了基礎(chǔ)。

圖2：核測序質(zhì)控和細胞類型鑒定結(jié)果

二、基于單細胞細分結(jié)果的疾病關(guān)聯(lián)小膠質(zhì)細胞發(fā)現(xiàn)

隨后，烈冰生物分析團隊采用單細胞測序傳統(tǒng)的先分大類后分小類的策略，對于小膠質(zhì)細胞進行重聚類（Sub-clustering）。在8個亞群中，Mic03亞群與抑郁樣本表型相關(guān)性高。該亞群與小膠質(zhì)細胞差異基因的一致性超過其他群體的同時，表達IQGAP2，F(xiàn)YN，PDE7A，ARHGEF3，可能調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細胞的激活和神經(jīng)炎癥。基于Qusage功能富集分析后發(fā)現(xiàn)，其具有極強的促炎特征，最終將其命名為“抑郁樣表型的促炎小膠質(zhì)細胞”（PIMID）。

圖3： 差異基因鑒定以及WGCNA分析

三、空間組學(xué)助力小膠質(zhì)細胞的空間定位與表達特征探索

有別于傳統(tǒng)空間組學(xué)分析策略，研究者與烈冰醫(yī)藥分析團隊采用了WGCNA分析空間組學(xué)數(shù)據(jù)，揭示了抑郁行為，積極以及消極情緒行為模塊對于基因在空間分布上的差異，并通過生信分析對于這些差異進行定位。

圖4： 在DL中富集的促炎小膠質(zhì)細胞亞群鑒定

而PIMID（Darkturquoise Module）主要定位于猴腦解剖腦的第6層（Layer6），對應(yīng)于獼猴dlPFC ST區(qū)3，PIMID在人類和獼猴dlPFC皮層空間的定位可能有助于抑郁表型有針對性的干預(yù)，為后續(xù)研究提供基礎(chǔ)。

圖5：空間轉(zhuǎn)錄組差異基因分布

總結(jié)：

研究團隊基于低等級抑郁猴模型，發(fā)現(xiàn)與抑郁樣行為相關(guān)的基因表達變化主要發(fā)生在小膠質(zhì)細胞中，并且報道了一個在抑郁樣條件下富集的促炎癥小膠質(zhì)細胞亞群，該研究成果為抑郁癥的精細干預(yù)提供潛在新靶點，為該領(lǐng)域的研究提供了參考。

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41593-023-01379-4