根據世界衛生組織（WHO）的數據，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（snRNA-Seq）以及空間組學技術（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，并定位致病關聯的細胞類型。

烈冰科技合作伙伴——重慶醫科大學附屬第一醫院神經內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、空間轉錄組和數據分析工作，下面跟隨小編的步伐，一起來看看本文的實驗設計和研究成果吧~

單細胞核測序實驗設計

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

主要技術手段：單細胞核（snRNA-seq）測序、空間轉錄組（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：實驗設計及分析原理

一、 基于單細胞大類差異的疾病關聯基因簇解析

1. 單細胞核測序初步分析與細胞類型確認

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

2. 對照組與抑郁組獼猴細胞類型大類差異

隨后烈冰醫藥分析團隊采用經典的神經領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個不重復的差異表達基因。這些差異基因主要富集在膠質細胞，尤其是其中的小膠質細胞（56.25%），而非神經元細胞中。其中的小膠質細胞的特異性差異，主要和免疫反應激活息息相關。

研究團隊后續創造性地采用共表達網絡分析（Co-Exp）分析這些基因結合DisGeNET數據庫以及MDD研究情況，得到兩個疾病相關的基因大類，即與抑郁顯著相關的D-Pattern（主要由小膠質細胞構成）和與社會地位相關R-Pattern（主要由星狀膠質細胞構成），這為研究者和烈冰醫藥分析團隊鎖定小膠質細胞提供了基礎。

圖2：核測序質控和細胞類型鑒定結果

二、基于單細胞細分結果的疾病關聯小膠質細胞發現

隨后，烈冰生物分析團隊采用單細胞測序傳統的先分大類后分小類的策略，對于小膠質細胞進行重聚類（Sub-clustering）。在8個亞群中，Mic03亞群與抑郁樣本表型相關性高。該亞群與小膠質細胞差異基因的一致性超過其他群體的同時，表達IQGAP2，FYN，PDE7A，ARHGEF3，可能調節小膠質細胞的激活和神經炎癥。基于Qusage功能富集分析后發現，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細胞”（PIMID）。

圖3： 差異基因鑒定以及WGCNA分析

三、空間組學助力小膠質細胞的空間定位與表達特征探索

有別于傳統空間組學分析策略，研究者與烈冰醫藥分析團隊采用了WGCNA分析空間組學數據，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），對應于獼猴dlPFC ST區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，為后續研究提供基礎。

圖5：空間轉錄組差異基因分布

總結：

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

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