老齡化是腦疾病發生的風險因素之一。小膠質細胞是中樞神經系統（CNS）內的固有免疫細胞，在維持CNS穩態、突觸修剪、神經元興奮性調控及血腦屏障（BBB）維持等多個過程中都起至關重要的作用。在機體老齡化的過程中，小膠質細胞持續監視CNS內環境的變化，並在遇到“危險”時迅速做出反應。小膠質細胞與腦相關疾病存在密切關聯，系統性解析小膠質細胞的老齡化特征並闡明老齡化小膠質細胞對機體的作用機製，對理解機體的衰老進程和腦疾病的發病機製至關重要。
MK体育平台腦科學轉化研究院彭勃/饒艷霞團隊長期專註於小膠質細胞更替的研究。該團隊前期系列研究工作闡明了小膠質細胞在更替過程中死亡細胞碎片的清除機製（Nature Communications, 2022）以及新生小膠質細胞的起源和遷移機製（Nature Neuroscience, 2018和Cell Discovery, 2018），並以此為基礎開發了3種不同的小膠質細胞替換策略（Cell Reports, 2020），為神經系統疾病提供了新的治療思路和可臨床實現的方案。此外，該團隊進一步發現NeuroD1可通過BCL2途徑介導小膠質細胞凋亡，提出可利用該途徑作為分子開關（switch-off control），增強小膠質細胞替換療法的安全性（Neuron, 2021）。該團隊在其前期研究的基礎上，利用多種研究手段，進一步解析了小膠質細胞的老齡化進程，並首次在非老齡化的動物腦內引入了老齡化細胞，為解析老齡化小膠質細胞對機體的影響提供重要研究手段。該研究成果以Transcriptional and epigenetic decoding of the microglial aging process為題於2023年9月11日發表在Nature Aging上（圖1-2）（Nature Aging, 2023）。
圖1 彭勃團隊近年來圍繞小膠質細胞更替取得的代表性學術成果
圖2 論文首頁
彭勃/饒艷霞團隊首先通過RNA-seq檢測2至24月齡雄性和雌性小鼠的小膠質細胞轉錄組學特性。結果顯示不同性別小鼠的小膠質細胞展現出不同的老齡化進程。雌性小鼠的小膠質細胞隨年齡增加呈漸進性變化，表現出青年、中年和老年三個時期。而雄性小鼠的小膠質細胞則在8-12月齡時出現“斷崖式”的突變，立即從青年時期發展到老年狀態。此外，該團隊還發現有一類基因與年齡有密切的相關性，這類基因會隨年齡的增加持續上調/下調，彭勃團隊將這類與年齡密切相關的基因定義為Age-dependent microglia（ADEM）基因。其中隨著年齡持續上調的基因定義為P-ADEM基因，而隨著年齡持續下調的基因定義為N-ADEM。該團隊還進一步借助scRNA-seq技術以及ATAC-seq技術從更高分辨率的轉錄組學層面及表觀遺傳學層面對小鼠小膠質細胞在老齡化過程中的特性以及ADEM的有效性進行了驗證。結果顯示scRNA-seq的結果與RNA-seq的數據具有良好的一致性，且ADEM基因相關區域的染色質開放程度有明顯增加。
傳統的觀點認為老年腦內的“primed microglia”在經受第二次刺激時會產生更強的免疫反應。然而，老年動物的小膠質細胞在經歷免疫刺激時在轉錄組學及表觀遺傳學層面是否會產生更激烈的改變尚不清楚。該團隊分別對青年、中年和老年的小鼠給予LPS刺激，並觀察不同年齡小鼠小膠質細胞在轉錄組學及表觀遺傳學層面的變化。與傳統認知不同，該團隊的研究結果表明老年小膠質細胞在LPS刺激下的響應要弱於青年小膠質細胞。
既往的衰老研究是在老齡化的小鼠中研究具體的老齡化細胞的功能。然而機體的老齡化是復雜的，不同的老齡化細胞相互作用，所觀察到的現象是某類老齡化細胞與老齡化機體中其他老齡化細胞相互作用後的結果，難以解析單一類型細胞的老齡化對機體的影響。該研究團隊開發了3xDR模型，通過加速小膠質細胞更替，使小膠質細胞展現出老齡化狀態。該方法首次實現在非老齡化小鼠中引入了老齡化小膠質細胞，以此研究小膠質細胞這一單一細胞類型的老齡化對機體的影響。利用3xDR模型發現，小膠質細胞的老齡化能夠引起小鼠認知功能的衰退和皮層神經元的髓鞘丟失。
因此，彭勃/饒艷霞研究團隊繪製了小膠質細胞老齡化圖譜（衰老圖譜），並利用轉錄組學、表觀遺傳學、藥理學、組織學和行為學等多種研究手段，系統性解析了小膠質細胞的老齡化進程（圖3）。為幫助領域內研究人員獲取相關數據，彭勃/饒艷霞團隊建立了小膠質細胞圖譜網站（http://www.microgliatlas.com），可在該網站檢索本研究工作所獲取的組學數據（圖4）。
Nature Aging同期對該研究刊發了Research Briefing（研究簡報），加拿大維多利亞大學Marie-Ève Tremblay教授撰寫評論，認為該研究非常有價值，增進了人們對小膠質細胞老齡化及其如何影響記憶的理解。
圖3 本研究主要結論的總結圖
圖4 小膠質細胞圖譜網站（http://www.microgliatlas.com）
MK体育平台彭勃和饒艷霞教授是本論文的通訊作者，直博生李小鈺同學為第一作者，團隊成員李雨欣、金玉曉、張煜恒、吳精川、徐臻、黃玉斌、蔡霖、高帥、劉陶慧、曾凡卓、王亞飛和王文旭共同參與。本研究得到了MK体育平台/浙江大學段樹民院士、MK体育平台舒友生教授、郭非凡教授、陸巍教授、上海市精神衛生中心袁逖飛教授、上海市第六人民醫院田恒力教授等學者的幫助。
