MUSIC 地图 "显示某些脑细胞衰老更快

加州大学圣地亚哥分校的工程师们发现，一些脑细胞的衰老速度比其他细胞更快，而且这些细胞在阿尔茨海默病患者体内异常丰富。研究人员还观察到，某些脑细胞的衰老过程因性别而异：女性大脑皮层中“老龄”少突胶质细胞的比例高于“老龄”神经元的比例。

这些发现得益于一项名为 MUSIC（单细胞核酸相互作用图谱）的新技术，该技术使研究人员能够深入单个脑细胞内部，绘制染色质（DNA 的紧密卷曲形式）与 RNA 之间的相互作用图谱。该技术使得在单个细胞层面上可视化这些相互作用，并研究它们如何影响基因表达成为可能。

“MUSIC 是一个强大的工具，它能让我们更深入地了解阿尔茨海默病的复杂方面，”资深研究作者、加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院 Shu Chien-Gen Lai 生物工程系教授 Sheng Zhong 说道。

“这项技术有可能揭示阿尔茨海默病病理背后的新分子机制，从而为更有针对性的治疗干预和改善患者的治疗效果铺平道路。”

人脑包含一个复杂的细胞网络，这些细胞以复杂的方式进行通讯和相互作用。在每个细胞中，包括染色质和RNA在内的遗传成分动态相互作用，决定着关键的细胞功能。随着脑细胞的生长和衰老，染色质和RNA之间的相互作用也会发生变化。而且这些复合物在不同细胞之间差异很大，尤其是在成熟细胞中。然而，揭示这些相互作用的复杂机制仍然是一个挑战。

一项名为 MUSIC 的技术应运而生，它为我们了解单个脑细胞的内部运作提供了一个窗口。钟南山的团队利用 MUSIC 技术分析了 14 名 59 岁及以上捐献者的死后脑样本，特别是人类额叶皮层组织，其中一些人患有阿尔茨海默病，另一些则没有。

他们发现，不同类型的脑细胞表现出不同的染色质与RNA相互作用模式。有趣的是，短染色质相互作用较少的细胞往往更容易出现衰老和阿尔茨海默病的迹象。

“通过利用这种变革性技术分析单个细胞，我们发现一些脑细胞比其他细胞更老，”钟教授说道。他解释说，阿尔茨海默病患者的这些老脑细胞数量比健康人更多。

研究人员认为，这一发现可能有助于开发阿尔茨海默病的新治疗方法。

“如果我们能够识别这些老细胞中失调的基因，并了解它们在局部染色质结构中的功能，我们也许能够找到新的潜在治疗靶点，”该研究的第一作者、钟实验室的生物信息学博士生文兴钊说。

该研究还发现脑细胞衰老存在性别差异。研究人员发现，在女性大脑皮层中，老化少突胶质细胞与老化神经元的比例更高。少突胶质细胞是一种在神经元周围形成保护层的脑细胞。鉴于其在维持正常脑功能方面发挥的关键作用，老化少突胶质细胞数量的增加可能会加剧认知能力下降。

温教授说：“女性大脑皮层中衰老少突胶质细胞的异常存在，可能为女性罹患神经退行性疾病和精神疾病的风险增加提供新的见解。”

研究人员的下一步将是进一步优化 MUSIC，以便它能够用于识别导致某些脑细胞加速衰老的因素，例如调控基因和基因回路。

钟南山说：“我们将制定策略来抑制这些基因或回路的活动，希望能减缓大脑衰老。”

该研究成果在《自然》杂志上发表的一篇文章中进行了详细描述。