各位讀者好，今天為大家?guī)硪黄?/span>整合單細胞RNA測序、空間轉(zhuǎn)錄組學和空間代謝組學等前沿研究手段并結(jié)合實驗來研究脊髓損傷（SCI）的潛在治療靶點和機制的高分文章，是由復旦大學附屬華山醫(yī)院神經(jīng)外科、內(nèi)分泌科等團隊2025年10月在Biomarker Research發(fā)表的，題為“Integrating single-cell RNA sequencing and spatial multi-omics reveals the molecular signature of regeneration after spinal cord injury"。深入探究了SCI 后的自我修復的潛在分子機制，為SCI的機制研究和治療靶點挖掘提供了 “細胞- 基因-代謝-空間" 關(guān)聯(lián)的多組學框架。

發(fā)表雜志：

《Biomarker Research》是一本專注于生物標志物研究的國際學術(shù)期刊，由BioMed Central Ltd于2013年創(chuàng)刊，涵蓋生物標志物研究的所有方面，從基礎發(fā)現(xiàn)到臨床應用的全鏈條轉(zhuǎn)化研究。

2025 年影響因子：11.5

ISSN：2050-7771

JCR 分區(qū)：醫(yī)學Q1 /腫瘤學Q1 ，雙料Top期刊

發(fā)文量：每年出版文章數(shù)平均約79篇

發(fā)表成本：EUR 2790 | USD 3390 | GBP 2490（符合條件的作者可申請費用減免）

審稿周期：以快速審稿著稱，首審時間僅約7天，從投稿到在線發(fā)表周期短，從投稿到發(fā)表全程約3-4 個月

《Biomarker Research》是生物標志物研究領域的快速成長型quan威期刊，憑借其高影響因子、快速審稿、開放獲取和跨學科定位，成為該領域研究者發(fā)表高質(zhì)量成果的理想選擇，尤其適合從事生物標志物發(fā)現(xiàn)、驗證及臨床轉(zhuǎn)化研究的科研人員。

研究背景：

脊髓損傷（SCI）可導致yong久性殘疾，損傷后雖啟動自我修復，但神經(jīng)元再生和生長微環(huán)境支持有限。現(xiàn)有單細胞研究缺乏基因表達的空間結(jié)構(gòu)及代謝變化信息，而空間組學可彌補此不足。本研究旨在通過整合單細胞RNA測序、空間轉(zhuǎn)錄組學和空間代謝組學，在單細胞和空間分辨率水平解析SCI后自我修復的分子機制，以發(fā)現(xiàn)潛在治療靶點。         

    本文通過單細胞RNA測序、空間轉(zhuǎn)錄組學和空間代謝組學技術(shù)，對脊髓損傷（SCI）后大鼠模型的自我修復過程進行研究，識別出三個與脊髓修復相關(guān)的細胞亞群（Mic2小膠質(zhì)細胞、Mac4巨噬細胞、Fib4成纖維細胞），并揭示其空間轉(zhuǎn)錄和代謝特征，為SCI治療靶點提供多組學框架。

研究框架：

1.提出問題：

SCI后自我修復的細胞異質(zhì)性及空間分子特征尚不明確，需結(jié)合多組學技術(shù)解析。

2. 研究框架：

以大鼠SCI模型為對象，整合單細胞RNA測序、空間轉(zhuǎn)錄組學和空間代謝組學，從細胞、空間轉(zhuǎn)錄和代謝層面分析修復機制。

3. 研究方法:

采用單細胞測序識別細胞亞群，空間轉(zhuǎn)錄組定位細胞分布，空間代謝組分析代謝物富集，結(jié)合免疫組化、qRT-PCR等驗證。

4. 分析數(shù)據(jù)：

通過Seurat、CellChat等工具進行細胞聚類、功能富集及細胞通訊分析，關(guān)聯(lián)空間轉(zhuǎn)錄與代謝數(shù)據(jù)。

5. 研究結(jié)論：

識別修復相關(guān)細胞亞群，明確其空間分布及代謝特征，提出潛在治療靶點。

Fig.1a工作流程示意圖

結(jié)果解析：

1. 單細胞、空間轉(zhuǎn)錄組與空間代謝組聯(lián)合解析脊髓損傷后的分子變化

通過單細胞RNA測序（scRNA-seq）、空間轉(zhuǎn)錄組（ST）和空間代謝組（SM）技術(shù)，構(gòu)建脊髓損傷（SCI）后細胞異質(zhì)性和空間分子特征的多組學框架。scRNA-seq識別出10種主要細胞類型（如小膠質(zhì)細胞、巨噬細胞、成纖維細胞等）；ST和SM顯示損傷脊髓與假手術(shù)組在轉(zhuǎn)錄和代謝模式上存在顯著差異，且正常脊髓的白質(zhì)與灰質(zhì)也表現(xiàn)出不同的分子特征。

2. 脊髓損傷中小膠質(zhì)細胞亞群的分子鑒定

將小膠質(zhì)細胞亞聚類為6個亞群，發(fā)現(xiàn)SCI后主要富集的Mic2亞群高表達Spp1、Hopx等修復相關(guān)基因，參與傷口愈合和細胞黏附調(diào)控。細胞間通訊分析顯示，Mic2與內(nèi)皮細胞、少突膠質(zhì)前體細胞（OPCs）等通過Cd99-Cd99、Psap-Gpr37l1等配體-受體對相互作用，提示其在血管生成和神經(jīng)保護中的潛在作用。

3. 再生促進型小膠質(zhì)細胞的多組學特征

通過整合分析本研究與公共數(shù)據(jù)集，證實Mic2亞群與再生促進型小膠質(zhì)細胞（MG3）高度相關(guān)，富集于修復相關(guān)通路。空間定位顯示Mic2主要分布在損傷脊髓背側(cè)白質(zhì)區(qū)，且該區(qū)域?；撬幔╰aurine）代謝水平顯著升高，推測?；撬嵬ㄟ^Gad2酶調(diào)控促進軸突再生。

4. 巨噬細胞亞群的分子異質(zhì)性與極化軌跡

將巨噬細胞分為6個亞群，其中Mac4為抗炎M2型亞群，高表達Anxa3等抗炎基因；Mac2和Mac5為促炎M1型亞群。擬時序分析揭示巨噬細胞極化的兩條軌跡：促炎分支（Mac2/5）富集免疫相關(guān)通路，抗炎分支（Mac4）富集細胞解毒和再生通路。

5. 抗炎巨噬細胞Mac4的空間代謝特征及功能驗證

   空間分析顯示Mac4呈簇狀分布，其富集區(qū)域高表達柯巴酸（copalic acid, CA）。體外和體內(nèi)實驗證實CA可抑制促炎基因（CD86、IL-1β）表達，降低iNOS水平并升高ARG1水平，驗證了其抗炎作用。

6. 促再生成纖維細胞亞群Fib4的發(fā)現(xiàn)與空間定位

鑒定出高表達Igf2的成纖維細胞亞群Fib4，其富集于損傷脊髓表面區(qū)域，且該區(qū)域尿苷（uridine）代謝水平升高。Fib4通過分泌IGF2促進神經(jīng)元存活和軸突再生，尿苷可能通過Upp1、Nt5e等酶調(diào)控參與組織修復。

7. 重組IGF2促進脊髓損傷后的神經(jīng)保護與軸突再生

體內(nèi)實驗顯示，損傷后注射重組IGF2（rIgf2）可增加損傷區(qū)5-羥色胺（5HT）陽性軸突密度，提高NeuN+神經(jīng)元存活率，縮小損傷面積，并通過行為學評估（BMS評分、傾斜板實驗）證實其促進運動功能恢復的作用。

研究結(jié)論：

識別出三個促進脊髓修復的細胞亞群（Mic2、Mac4、Fib4），明確其空間分布（Mic2于背側(cè)白質(zhì)，Mac4簇狀分布，F(xiàn)ib4于損傷周圍）及代謝特征（分別高表達?；撬?、柯巴酸、尿苷），為SCI治療提供多組學框架。

研究的創(chuàng)新性：

shou次整合單細胞RNA測序、空間轉(zhuǎn)錄組學和空間代謝組學，在單細胞和空間水平揭示SCI修復的細胞異質(zhì)性及代謝特征，發(fā)現(xiàn)柯巴酸和尿苷的修復作用。

研究的不足之處：

未納入單細胞核RNA測序，缺乏神經(jīng)元數(shù)據(jù)；單細胞測序與空間組學樣本來自不同動物，可能引入偏差；機制研究較基礎，需進一步驗證。

研究展望：

結(jié)合單細胞核RNA測序解析神經(jīng)元在修復中的作用；開發(fā)單細胞空間多組學技術(shù)減少樣本差異；深入探究?；撬帷⒖掳退?、尿苷的具體作用機制；開展臨床轉(zhuǎn)化研究，驗證候選靶點的治療效果。

研究意義：

揭示SCI后自我修復的細胞和分子機制，為開發(fā)靶向特定細胞亞群及代謝物的治療策略提供理論基礎，推動SCI再生醫(yī)學發(fā)展。