脊髓损伤后胶质瘢痕的细胞谱系来源及不同谱系来源组分功能研究

Glial scar formed after spinal cord injury (SCI) has long been considered a major impediment for axonal regeneration. However, no positive outcomes were observed by preventing glial scar formation. Newly research shown that the glial scar is an indispensable component for the regeneration of SCI. How to make a better use of the glial scar may become a new way for SCI regeneration. The glial scar is formed by new generated scar-forming astrocytes, and our research is contradictory to the previous dogma that the spinal cord ependymal cells are the major source of these scar-forming astrocytes, make the cell origin of the glial scar again into a pending question. Besides, the scar-forming astrocytes from different cell origins may exert different promotive / inhibitive functions for SCI repair. A better understanding of the cell origin of the scar-forming astrocytes and the functional differences between these astrocytes derived from different origins, find the hub genes exert promotive / inhibitive functions, is fundamental to provide novel theoretical support and targets for intervention for the regeneration of SCI. In this project we’ll use transgenic mice and genetic fate mapping to explore the cell origin of the glial scar. Single cell transcriptome combined with weighed gene co-express network analysis as well as histopathology will be used to find the functional differences between the scar-forming astrocytes from different cell origins and the hub genes. This study will provide theoretical foundation for further intervention of the glial scar to make a better outcome after SCI.

胶质瘢痕长期被视为脊髓损伤后轴突再生的主要障碍，但阻止胶质瘢痕的形成却从未获得期望的效果。近期的研究进一步表明胶质瘢痕为轴突再生不可或缺的支持因素。更好的利用胶质瘢痕促进修复可能是脊髓损伤修复重建的新思路。我们新的研究推翻了室管膜细胞是胶质瘢痕的主要谱系来源这一错误“定论”，使得胶质瘢痕的细胞谱系来源再次成为未知。此外，不同谱系来源的星形胶质细胞可能具有不同的促/抑再生的功能。明确胶质瘢痕的谱系来源，验证不同谱系来源组分的功能，寻找促/抑关键基因，可为进一步调控干预胶质瘢痕促进脊髓损伤修复提供理论依据和干预靶点。本研究拟采用转基因鼠和遗传命运图谱的方法探索胶质瘢痕的细胞谱系来源，并在此基础之上通过单细胞转录组测序联合加权基因共表达网络分析并结合组织病理学的方法进一步验证不同谱系来源瘢痕组分的功能异同、寻找促/抑修复的关键基因，为进一步对胶质瘢痕进行干预调控修复脊髓损伤打下基础。

背景：近期研究表明胶质瘢痕为轴突再生不可或缺的支持因素。更好的利用胶质瘢痕促进修复可能是脊髓损伤修复重建的新思路。.主要研究内容：本项目通过转基因鼠和遗传命运图谱的方法阐明了胶质瘢痕的细胞谱系来源。通过脊髓损伤组织转录谱测序及相关分析比较了脊髓损伤后亚急性期和慢性期瘢痕组织lncRNA和mRNA的表达差异，并筛选出其中的关键基因。运用先进的10X Genomics单细胞转录组测序分析解析了脊髓损伤前后星形胶质细胞亚群及功能。.重要结果和关键数据：在累及中央管的完全性脊髓损伤后，室管膜细胞和固有星形胶质细胞分别贡献了11.7%和86.9%的新生星形胶质细胞。在不累及中央管的不完全性脊髓损伤后，只有1.1%室管膜来源的星形胶质细胞参与胶质疤痕的形成，96.5%的新生星形胶质细胞来源于固有星形胶质细胞。NG2细胞可能产生了部分星形胶质细胞参与胶质疤痕形成，但这一来源的细胞很少。通过转录谱测序的及相关分析，我们找出了脊髓损伤后亚急性期和慢性期瘢痕组织lncRNA和mRNA的表达差异，并筛选出其中的关键基因。10X Genomics单细胞测序分析结果表明，在未损伤脊髓组织中，星形胶质细胞存在4个不同亚群，存在些许功能差异，可能与细胞的空间位置及正常生理功能有关。在脊髓损伤后3天，星形胶质细胞原有的4个亚群消失，产生2个新的亚群，且细胞功能相似。在脊髓损伤后14天，部分星形胶质细胞回归到损伤前状态，重新表现出不同亚群，说明星形胶质细胞的功能部分恢复到与未损伤阶段相似。.科学意义：这些研究结果表明，脊髓损伤后，脊髓固有星形胶质细胞大量增殖，参加胶质瘢痕形成，是胶质瘢痕最主要的细胞谱系来源。室管膜细胞也可向星形胶质细胞分化并参与胶质瘢痕形成，但非胶质瘢痕主要的细胞谱系来源，且贡献程度取决于脊髓损伤类型。NG2细胞对胶质瘢痕形成的贡献很小。通脊髓组织转录谱测序分析找出了脊髓损伤后亚急性期和慢性期瘢痕组织lncRNA和mRNA的表达差异，并筛选出其中的关键基因。10X Genomics单细胞测序分析解析了脊髓损伤前后胶质瘢痕的亚群功能。本研究阐明了脊髓损伤后胶质瘢痕的细胞谱系来源，并解析了损伤前后星形胶质细胞的功能特征。为更好的利用胶质瘢痕促进脊髓损伤修复提供了理论依据。