研究目的:少突胶质细胞前体细胞(Oligodendrocyte precursor cells,OPCs),因特异性表达NG2分子,又称为NG2-glia,是中枢神经系统中一群不同于星形胶质细胞、少突胶质细胞和小胶质细胞的第四类胶质细胞,其均匀分布于成年中枢神经系统各个区域。近年来大量研究表明,NG2-glia是一个具有高度异质性的细胞群体,不仅在发育过程中起源于三个不同区域,而且在成年后不同脑区甚至在同一脑区也存在着异质性,表达不同的标记分子。目前认为,NG2-glia的主要功能是在生理和病理环境下分化为少突胶质细胞,促进髓鞘形成和修复。此外,NG2-glia作为成年大脑中除生发区外数量最多的具有增殖分裂能力的神经细胞,通过细胞形态变化、运动与迁移能力提升、增殖与分化潜能改变等方式,能够对机械外伤、神经退行性疾病以及脱髓鞘病变等做出反应性应答,从而表现出许多新功能。例如,与神经元形成突触、外伤后直接参与或在冻伤后分化成星形胶质细胞参与胶质疤痕的形成、吞噬髓鞘碎片以及参与免疫反应等。因此,了解NG2-glia这一群胶质细胞对于机体损伤和病理改变的反应性以及可能存在的异质性,对于我们寻找神经系统疾病新的临床治疗靶点具有重要意义。然而目前对NG2-glia的反应性和异质性的研究还十分局限,对于其是否存在亚群以及亚群是否存在特定新功能,仍有待进一步探索。研究方法:本实验采用单细胞转录组测序技术(10X Genomics)对脱髓鞘经典模型——铜腙毒性脱髓鞘模型的三个阶段(铜腙饲喂第3周/脱髓鞘期,第5周/脱髓鞘高峰期,以及饲喂5周后停药2周/再髓鞘化期)小鼠分离出的OPCs进行单细胞测序分析。运用多种生物信息学手段,进行差异表达分析以及拟时序分析等,寻找可能存在的新亚群,探究新亚群的特征以及可能具有的功能。针对特定的亚群标志性分子,综合运用细胞生物学,分子生物学以及形态学等研究手段进一步验证测序分析结果,即明确亚群随着疾病模型的不同阶段的出现以及演变规律,探究新亚群的功能。研究结果:我们制备了铜腙毒性脱髓鞘模型的三个阶段以及对照组的PDGFR-H2B-EGFP小鼠全脑单细胞悬液,通过流式分选出GFP+的细胞,进行单细胞转录组测序分析。结果显示,模型小鼠脑内少突胶质细胞谱系的细胞存在四大细胞类型共15个亚群,其中包括少突胶质细胞前体细胞(OPCs)、分化命运决定的少突胶质细胞前体/新形成少突胶质细胞(COP/NFOL)、成髓鞘的少突胶质细胞(MFOL1/2)、成熟少突胶质细胞(MOL)等少突胶质细胞谱系的细胞,还有小胶样细胞(4群、14群),周细胞/血管细胞以及软脑膜细胞(9群、11群)。通过将实验组与对照组合并分析,我们发现在铜腙刺激下会出现正常情况下没有或者仅存在极少细胞比例的反应性新亚群(1群、3群、5群、7群、13群)。其中13群高表达与干扰素反应以及抗原提呈相关的分子,可能是一群参与免疫反应的OPCs;1群、3群、7群虽然在分群上有差异,但各群特异性上调分子的功能大多都与囊泡分泌与膜筏装配相关。我们针对这些亚群特征分子利用免疫荧光和原位杂交技术进行了验证,结果证实在铜腙模型中确实存在反应性新亚群。