农大新闻

近日，江西农业大学猪遗传改良与种质创新全国重点实验室黄路生院士团队在国际知名学术期刊《National Science Review》（五年影响因子17.7）发表了题为“Microglial function alterations during healthy ageing and canine cognitive dysfunction revealed by single-nucleus and spatial transcriptomics”的重要研究成果。该成果系统研究了健康衰老与老年痴呆认知障碍犬的脑细胞转录组，揭示了认知障碍犬中小胶质细胞C1QA与神经元CRT互作介导突触损伤的新机制。

我校杨思雨博士后（兼第一作者）、景琦琦博士（兼共同第一作者，山东畜牧兽医职业学院）与黄路生院士为通讯作者。

       研究背景：

截至2024年统计数据显示，全球阿尔茨海默病（AD）患者人数已逾5500万（阿尔茨海默病协会，2024）。我国目前AD患者约983万，平均每10位65岁以上的老年人中即有1人患病（中国阿尔茨海默病报，2024）。作为老年期最常见的痴呆类型，AD以脑内β-淀粉样蛋白（Aβ）沉积和神经原纤维缠结为核心病理特征，是导致认知功能进行性丧失的主要原因之一。迄今该病的分子机制尚未完全阐明，因此缺乏有效治疗手段，对医疗卫生、家庭照护及社会经济均构成沉重负担。

目前，AD研究主要依赖啮齿类动物小鼠或大鼠作为模式生物。这类动物因其体型较小、易于进行基因操作等优势，常被用于构建过表达家族性AD相关基因突变的转基因小鼠模型（如3×Tg和5×FAD），以模拟部分病理过程（Michael Z.等，2024）。然而，由于小鼠寿命较短、神经解剖结构相对简单，加之现有AD转基因模型在病理生理特征方面与人类患者存在显著差异，该类模型难以全面模拟人类AD的自然发病与发展过程（Zhengjiang等，2024）。这一局限性严重制约了AD机制研究的深入以及有效治疗策略的研发。

相比之下，大型动物模型（如猪和犬）在脑结构与功能方面与人类更具保守性：它们具有类似的脑沟回结构和保守的静息态网络组织（Joan K.等，2021），近年研究还提示其在细胞类型特异性转录组层面也具有显著的跨物种相似性（Siyu等，2023）。基于上述背景，本研究团队以“一猪两用”为核心策略，致力于构建能够更准确模拟人类AD病理特征与临床表现的猪/犬类大动物模型，以推动相关转化医学研究的发展。

在研究老年痴呆大动物模型过程中，研究团队发现犬类作为与人类共享生活环境的伴生物种，不仅衰老过程与人类相似，还可自发出现犬认知障碍综合征（CCD）（Alexandra A.等，2023）。该综合征在病理上表现为Aβ斑块和NFT形成，在行为特征方面也与人类AD高度接近，约22%的老年犬会罹患CCD（Alexandra A.等，2023），因此被视为研究AD及衰老机制的理想自然模型之一。因此，本研究通过获得因自然死亡而自愿捐赠的CCD犬只样本，并结合老年实验犬设计研究方案，旨在利用这一自发模型推动AD病理机制与干预策略研究。

主要研究内容：

研究团队首先利用单核RNA测序（snRNA-seq）和空间转录组（Stereo-seq）技术，构建了健康衰老大脑的单核转录组图谱，以及CCD与非CCD犬大脑的对比性单核与空间转录组图谱。基于上述图谱，分别开展了以下分析：（1）正常衰老过程中不同细胞类型的转录动态变化；（2）CCD与非CCD犬大脑的病理机制差异分析；（3）正常衰老与CCD相关病理性衰老的分子特征比较，特别关注小胶质细胞在这两种状态下的共同与特异性变化。

通过对健康衰老图谱的分析，研究团队发现胶质细胞在衰老过程中表现出显著的转录可塑性。线性回归分析显示，胶质细胞——尤其是少突胶质细胞、小胶质细胞和星形胶质细胞——随衰老发生明显的转录重编程。进一步针对这三类细胞的亚型分析，鉴定并验证了两种此前未被报道的衰老相关亚型：小胶质细胞中的Micro MBP⁺亚型与星形胶质细胞中的Astro MBP⁺亚型，二者均参与髓鞘合成过程。此外，在少突胶质细胞中鉴定出转录因子ZEB1，其表达随衰老逐渐下降，该因子调控少突胶质细胞的分化，这一发现此前尚未被报道。

基于CCD与nonCCD犬的比较图谱，团队进一步探究了CCD的致病机制。通过snRNA-seq数据发现，在CCD犬中，小胶质细胞来源的C1QA与海马神经元中的CRT发生相互作用，介导突触损伤。该互作关系首先通过空间转录组数据得以验证，进一步通过细胞共培养实验证实：C1QA与CRT的相互作用可导致突触标志物SYN1表达显著下降，从而明确了该分子机制。

为区分健康衰老与CCD的分子差异，研究团队系统筛选了AD相关风险基因集，并分析其在不同细胞类型衰老过程中的表达模式。结果显示，多数AD风险基因在小胶质细胞中高度表达。进一步比较小胶质细胞在正常衰老与CCD状态下的转录动态，发现CCD犬的小胶质细胞代谢淀粉样前体蛋白的能力明显低于正常衰老犬，提示其功能退化可能与CCD的病理机制密切相关。

研究意义：

研究团队创新性地以犬为模型，系统阐释衰老及相关认知障碍的分子机制，不仅推动了犬作为人类AD转化模型的应用，也为解析AD机制提供了关键依据。通过系统解析认知障碍犬模型中胶质细胞在生理衰老与CCD病理状态下的差异，研究团队为犬认知障碍的早期干预提供了理论基础，并为区分年龄相关认知衰退与CCD特异性病理进程提供了依据。研究成果有望为老年痴呆早期诊断提供潜在分子标志物，并为其发病机制解析提供重要细胞机制参考。