脊髓损伤研究的新突破：空间组学绘制时空动态图谱

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1147次浏览发布时间：2024-07-25 16:17:26

　　近日，《发育细胞》杂志刊载了一项重要的科学突破。这项研究由中国科学院上海有机化学研究所的方燕姗团队、中国科学院广州生物医药与健康研究院的彭广敦团队以及暨南大学的李昂团队共同完成。他们成功绘制出脊髓损伤后原位基因表达和细胞互作的时空动态图谱，为脊髓损伤的治疗提供了全新视角和策略。

　　研究背景与重要性

　　成年哺乳动物中枢神经系统的再生能力极为有限。脊髓损伤后，轴突退化、神经元丢失、脱髓鞘、炎症反应等一系列复杂变化，往往导致难以逆转的功能障碍。这些损伤不仅对患者的生活质量造成严重影响，也对医学研究提出了巨大的挑战。

　　以往研究多依赖单细胞测序技术。然而，这种方法缺乏空间位置信息，难以准确捕获某些关键细胞类型，导致分析结果存在偏差。近年来，空间组学技术的发展，为全面解析脊髓损伤后基因表达和细胞响应的空间动态变化提供了新工具。

　　研究方法与创新

　　研究团队采用10xVisium的原位空间转录组测序技术，对小鼠脊髓全横断模型进行了多时间点、多位置的基因表达分析。通过对超过22,800个空间位置点的数据进行生物信息学整合，他们在组织结构被严重破损的情况下，依然能够准确定义脊髓的解剖结构。

　　这种方法不仅揭示了损伤后不同脊髓解剖区域、不同损伤时间的基因表达动态变化，还通过自主开发的新计算策略和工具，绘制了脊髓损伤后原位细胞-细胞交互的动态图谱。这一创新大大降低了传统单细胞基因表达分析的假阳性率，使结果更加准确可靠。

　　重要发现：星型胶质细胞亚群与Igfbp2基因

　　在细胞互作网络中，研究人员发现了一类从脊髓白质迁移到脊髓灰质的星型胶质细胞亚群。这一亚群在脊髓损伤后的特征基因为Insulin-like growth factor binding protein 2(Igfbp2)。通过脊髓实质注射和lineage tracing实验，团队证实了这些由白质向灰质定向迁移的星型胶质细胞的存在，并将其命名为“损伤诱导的灰质迁移星型胶质细胞”(Astro-GMii)。

　　进一步的实验显示，Igfbp2基因在脊髓损伤后表达上调，不仅促进星型胶质细胞的迁移、增殖和反应性，还通过分泌Igfbp2蛋白作用于神经元，促进神经轴突的生长。这一发现为理解脊髓损伤的病理过程和制定有效治疗方案提供了重要线索。

　　实验验证与应用前景

　　研究团队通过原代星型胶质细胞培养、原代神经元培养以及条件培养基共培养等实验，验证了Igfbp2基因在脊髓损伤中的作用。结果表明，高表达Igfbp2不仅可以促进星型胶质细胞的迁移和增殖，还能通过其分泌的Igfbp2蛋白促进神经元的轴突生长。

　　为了进一步验证Igfbp2蛋白的治疗潜力，研究人员将其与基质胶制备成生物材料，注射进小鼠脊髓损伤部位。结果显示，损伤位点附近的感觉和运动神经元存活显著提高，最终有效促进了小鼠感觉和运动功能的恢复。

　　建立脊髓损伤交互式时空数据库

　　研究团队不仅绘制了脊髓损伤后的时空动态图谱，还建立了脊髓损伤交互式时空数据库(https://spasi.ccla.ac.cn/)。这一数据库为后续研究提供了丰富的分子信息和数据分析工具，有助于进一步探索脊髓损伤的病理机制和治疗策略。

　　结语

　　通过全面深入的空间转录组分析，研究团队揭示了脊髓损伤后基因表达和细胞互作的动态变化，发现了具有治疗潜力的Igfbp2基因。这一研究不仅为理解脊髓损伤的时空重组提供了丰富的分子信息，还为未来的转化研究和临床应用奠定了坚实基础。通过这些努力，科学家们有望为脊髓损伤患者带来新的治疗希望，改善他们的生活质量。

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