根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）的數(shù)據(jù)，自2017年以來(lái)，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(xì)胞和分子機(jī)制已有研究者對(duì)于男性的MDD基于單細(xì)胞分辨率進(jìn)行初步探索（Corina Nagy, Nat Neurosci 2020）。本研究為首次基于單細(xì)胞核測(cè)序技術(shù)（snRNA-Seq）以及空間組學(xué)技術(shù)（Spatial Transcriptome），采用靈長(zhǎng)類(lèi)造模，對(duì)于女性受社會(huì)地位MDD的致病機(jī)制進(jìn)行了研究，并定位致病關(guān)聯(lián)的細(xì)胞類(lèi)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(tuán)隊(duì)針對(duì)上述問(wèn)題開(kāi)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(dān)了本研究中的單細(xì)胞測(cè)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(lái)看看本文的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和研究成果吧~

單細(xì)胞核測(cè)序?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)分組：高社會(huì)等級(jí) Controls n = 7、低社會(huì)等級(jí) Depressive Like n = 7、低社會(huì)等級(jí) RES n = 5

主要技術(shù)手段：單細(xì)胞核（snRNA-seq）測(cè)序、空間轉(zhuǎn)錄組（Visium ST）測(cè)序

單細(xì)胞捕獲平臺(tái)：10x Genomics

NovelBarin云平臺(tái)分析：細(xì)胞聚類(lèi)分析，subCluster分析，差異基因表達(dá)分析，GO/Pathway分析，Cellphone分析，QuSAGE分析、WGCNA分析

研究成果解析

圖1：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及分析原理

一、 基于單細(xì)胞大類(lèi)差異的疾病關(guān)聯(lián)基因簇解析

1. 單細(xì)胞核測(cè)序初步分析與細(xì)胞類(lèi)型確認(rèn)

研究者采用行為學(xué)量化評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)于猴子的社會(huì)等級(jí)與心理狀態(tài)進(jìn)行了劃分，并將不同臨床表現(xiàn)形式的三組樣本進(jìn)行單細(xì)胞核測(cè)序以及空間組學(xué)測(cè)序。為保證后續(xù)分析嚴(yán)謹(jǐn)可靠，研究者與烈冰的生信團(tuán)隊(duì)一起，從基因數(shù)量，線粒體，雙細(xì)胞等角度對(duì)于數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)控，最終得到136231個(gè)細(xì)胞核，并對(duì)于分組間測(cè)序質(zhì)量比較無(wú)顯著差異，說(shuō)明了本次核測(cè)序穩(wěn)定可靠，批次差異小，可用于后續(xù)分析。這些細(xì)胞核最終被分為8個(gè)細(xì)胞大類(lèi)，其神經(jīng)元細(xì)胞與膠質(zhì)細(xì)胞的比例特征與前人研究一致，進(jìn)一步證明數(shù)據(jù)可靠。

2. 對(duì)照組與抑郁組獼猴細(xì)胞類(lèi)型大類(lèi)差異

隨后烈冰醫(yī)藥分析團(tuán)隊(duì)采用經(jīng)典的神經(jīng)領(lǐng)域的單細(xì)胞分析策略，比較DL組和正常組各大類(lèi)細(xì)胞的差異基因，共鑒定240個(gè)不重復(fù)的差異表達(dá)基因。這些差異基因主要富集在膠質(zhì)細(xì)胞，尤其是其中的小膠質(zhì)細(xì)胞（56.25%），而非神經(jīng)元細(xì)胞中。其中的小膠質(zhì)細(xì)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(tuán)隊(duì)后續(xù)創(chuàng)造性地采用共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析（Co-Exp）分析這些基因結(jié)合DisGeNET數(shù)據(jù)庫(kù)以及MDD研究情況，得到兩個(gè)疾病相關(guān)的基因大類(lèi)，即與抑郁顯著相關(guān)的D-Pattern（主要由小膠質(zhì)細(xì)胞構(gòu)成）和與社會(huì)地位相關(guān)R-Pattern（主要由星狀膠質(zhì)細(xì)胞構(gòu)成），這為研究者和烈冰醫(yī)藥分析團(tuán)隊(duì)鎖定小膠質(zhì)細(xì)胞提供了基礎(chǔ)。

圖2：核測(cè)序質(zhì)控和細(xì)胞類(lèi)型鑒定結(jié)果

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

隨后，烈冰生物分析團(tuán)隊(duì)采用單細(xì)胞測(cè)序傳統(tǒng)的先分大類(lèi)后分小類(lèi)的策略，對(duì)于小膠質(zhì)細(xì)胞進(jìn)行重聚類(lèi)（Sub-clustering）。在8個(gè)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(xì)胞差異基因的一致性超過(guò)其他群體的同時(shí)，表達(dá)IQGAP2，F(xiàn)YN，PDE7A，ARHGEF3，可能調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)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(qiáng)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(xì)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(xì)胞的空間定位與表達(dá)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(tuán)隊(duì)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(duì)于基因在空間分布上的差異，并通過(guò)生信分析對(duì)于這些差異進(jìn)行定位。

圖4： 在DL中富集的促炎小膠質(zhì)細(xì)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(duì)應(yīng)于獼猴dlPFC ST區(qū)3，PIMID在人類(lèi)和獼猴dlPFC皮層空間的定位可能有助于抑郁表型有針對(duì)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(tuán)隊(duì)基于低等級(jí)抑郁猴模型，發(fā)現(xiàn)與抑郁樣行為相關(guān)的基因表達(dá)變化主要發(fā)生在小膠質(zhì)細(xì)胞中，并且報(bào)道了一個(gè)在抑郁樣條件下富集的促炎癥小膠質(zhì)細(xì)胞亞群，該研究成果為抑郁癥的精細(xì)干預(yù)提供潛在新靶點(diǎn)，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