由于成年哺乳動物的中樞神經(jīng)系統(tǒng)再生能力非常有限，脊髓損傷 (SCI) 造成的傷害大多不可逆，往往導(dǎo)致永久性的運動、感覺和自主神經(jīng)功能障礙。盡管SCI的病程發(fā)展可以持續(xù)數(shù)月至數(shù)年，但最主要、最劇烈的改變則發(fā)生在損傷后的數(shù)小時至數(shù)天內(nèi)。因此，系統(tǒng)性地解析SCI在不同時間、不同損傷距離、不同解剖區(qū)域和不同細(xì)胞類別中發(fā)生的基因表達改變、分子調(diào)控程序和細(xì)胞響應(yīng)機制，對于全面理解SCI的病理過程和制定有效治療方案至關(guān)重要。7月18日，中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心方燕姍課題組和合作者在《發(fā)育細(xì)胞》（Developmental Cell）在線發(fā)表了題為A spatiotemporal molecular atlas of mouse spinal cord injury identifies a distinct astrocyte subpopulation and therapeutic potential of IGFBP2的最新論文。該研究利用空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)對SCI后分子和細(xì)胞水平的復(fù)雜變化進行了全面深入的梳理和分析，刻畫了SCI后基因表達和分子變化的時空特征并繪制原位細(xì)胞互作網(wǎng)絡(luò)圖譜，由此發(fā)現(xiàn)了一類SCI后定向遷移的、高表達Igfbp2的星型膠質(zhì)細(xì)胞亞群，并進一步揭示其分泌蛋白IGFBP2可以促進脊髓損傷后的功能恢復(fù)。以往對SCI分子表達圖譜的研究主要依賴單細(xì)胞測序，但該技術(shù)缺乏空間位置信息和對應(yīng)的解剖學(xué)注釋，并且由于單細(xì)胞分離方法的局限，使得某些細(xì)胞類別比如神經(jīng)元、星型膠質(zhì)細(xì)胞等的捕獲比例遠低于其生理狀態(tài)下的占比。在最新研究中，方燕姍課題組與合作者以小鼠脊髓全橫斷模型為例，進行了基于10xVisium的多維空間轉(zhuǎn)錄組測序，并建立了SCI的交互式時空數(shù)據(jù)庫（https://spasi.ccla.ac.cn/）。更具創(chuàng)新意義的是，該團隊通過自主開發(fā)空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析的新計算策略和工具，繪制出脊髓損傷后原位細(xì)胞-細(xì)胞交互的動態(tài)圖譜。通過對以上數(shù)據(jù)的深度整合分析，研究人員發(fā)現(xiàn)了一類在SCI后從脊髓白質(zhì)向灰質(zhì)定向遷移的星型膠質(zhì)細(xì)胞亞群，并通過譜系追蹤等實驗證實了這類亞群的存在及其細(xì)胞來源，該團隊將其命名為Astro-GMii。在接下來的機制和功能研究中，該團隊發(fā)現(xiàn)Astro-GMii亞群在SCI后高表達Igfbp2基因，后者不僅可以促進星型膠質(zhì)細(xì)胞的遷移、增殖和反應(yīng)性，并且其編碼的分泌蛋白IGFBP2可以加速神經(jīng)軸突的生長。在體內(nèi)實驗中，基于IGFBP2蛋白制備的生物復(fù)合材料可以明顯提高SCI后脊髓神經(jīng)元的存活率，并有效促進SCI小鼠的感覺和運動功能的恢復(fù)。綜上，該工作不僅為理解受損脊髓的時空重組提供了豐富的分子信息和有用的數(shù)據(jù)分析工具，而且鑒定出具有SCI治療潛力的新靶點IGFBP2蛋白，為未來推進相關(guān)轉(zhuǎn)化研究和進一步的機制探索奠定了基礎(chǔ)。方燕姍、中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院研究員彭廣敦和暨南大學(xué)副研究員李昂為該文共同通訊作者；上海有機所博士研究生王澤清、欒天樂和廣州健康院博士研究生李竺霞為共同第一作者。該工作得到國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、中國科學(xué)院和上海市科委等的支持。論文鏈接SCI引起Astro-GMii細(xì)胞激活和遷移并表達分泌蛋白IGFBP2促進神經(jīng)修復(fù)的示意圖