編譯：不二，編輯：十九、江舜堯。
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導(dǎo)讀哺乳動(dòng)物的大腦很復(fù)雜，擁有多種不同的細(xì)胞類(lèi)型及不同的功能，但是每種細(xì)胞類(lèi)型對(duì)衰老的影響仍然未知。研究者對(duì)年輕小鼠和老年小鼠的大腦進(jìn)行了單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析。本研究提供了幾乎所有大腦細(xì)胞類(lèi)型中衰老相關(guān)基因、信號(hào)通路和配體-受體相互作用的綜合數(shù)據(jù)集。分析確定了協(xié)調(diào)不同細(xì)胞類(lèi)型的標(biāo)記基因和調(diào)控特定細(xì)胞類(lèi)型的基因，這些基因有時(shí)甚至以相反的方式表達(dá)調(diào)控。這些數(shù)據(jù)表明，衰老過(guò)程是在每種細(xì)胞群體中開(kāi)啟不同的基因轉(zhuǎn)錄過(guò)程，并且它們突出了大腦衰老過(guò)程中關(guān)鍵的分子過(guò)程，包括核糖體的生物發(fā)生。總之，這些大規(guī)模數(shù)據(jù)集（可在https://portals.broadinstitute.org/single_cell/study/aging-mouse-brain上在線訪問(wèn)）為神經(jīng)科學(xué)界提供了資源，這將促進(jìn)對(duì)理解和改變衰老過(guò)程的更多發(fā)現(xiàn)。
原名：Single-cell transcriptomic profiling of the aging mouse brain譯名：衰老小鼠大腦的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄譜分析通訊作者：Methodios Ximerakis & Lee L. Rubin通訊作者單位：美國(guó)哈佛大學(xué)干細(xì)胞與再生生物學(xué)研究所DOI號(hào)：10.1038/s41593-019-0491-3小鼠樣本-解剖大腦組織-細(xì)胞分離-單細(xì)胞測(cè)序建庫(kù)-高通量測(cè)序-數(shù)據(jù)分析（圖1a）。為了獲得關(guān)于影響衰老過(guò)程新的、更精確的見(jiàn)解，研究者使用高通量單細(xì)胞RNA測(cè)序（scRNA-seq）來(lái)鑒定年輕小鼠和老年小鼠大腦的轉(zhuǎn)錄譜（圖1a）。由于組織的復(fù)雜性，哺乳動(dòng)物成年大腦細(xì)胞的分離具有挑戰(zhàn)性，因此作者首先開(kāi)發(fā)了一種新的分離方法，該方法能夠分離出年輕和老年大腦健康且完整的細(xì)胞。然后，作者分析了來(lái)自8只年輕（2-3月齡）和8只老年（21-23月齡）小鼠大腦的50212個(gè)單細(xì)胞（24401個(gè)年輕細(xì)胞和25811個(gè)老年細(xì)胞）的轉(zhuǎn)錄組。作者首先使用常規(guī)聚類(lèi)算法來(lái)聚集轉(zhuǎn)錄相似的細(xì)胞。接下來(lái)，去除了可能由于細(xì)胞碎片或死細(xì)胞導(dǎo)致的低質(zhì)量細(xì)胞簇，并進(jìn)行質(zhì)控。最終，分析鑒定了25種細(xì)胞類(lèi)型的37069個(gè)細(xì)胞（圖1b），不同細(xì)胞類(lèi)型具有不同的表達(dá)譜（圖1c，d），它們分為：少突膠質(zhì)前體細(xì)胞（OPC）、少突膠質(zhì)細(xì)胞（OLG）、嗅鞘神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞（OEG）、神經(jīng)干細(xì)胞（NSC）、星形膠質(zhì)細(xì)胞限制性前體細(xì)胞（ARP）、星形膠質(zhì)細(xì)胞（ASC）、神經(jīng)元限制性前體細(xì)胞（NRP）、未成熟神經(jīng)元細(xì)胞（ImmN）、成熟神經(jīng)元細(xì)胞（mNEUR）、神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞（NendC）、上皮細(xì)胞（EPC）、瞼板腺細(xì)胞（HypEPC）、腦室膜細(xì)胞（TNC）、脈絡(luò)叢上皮細(xì)胞（CPC）、內(nèi)皮細(xì)胞（EC）、周細(xì)胞（PC）、血管平滑肌細(xì)胞（VSMC）、表達(dá)血紅蛋白的血管細(xì)胞（Hb-VC）、血管和軟腦膜細(xì)胞（VLMC）、蛛網(wǎng)膜屏障細(xì)胞（ABC）、小膠質(zhì)細(xì)胞（MG）、單核細(xì)胞（MNC）、巨噬細(xì)胞（MAC）、樹(shù)突狀細(xì)胞（DC）和中性粒細(xì)胞（NEUT）。圖1e顯示了每種細(xì)胞類(lèi)型的細(xì)胞數(shù)和其他指標(biāo)。為了揭示每個(gè)細(xì)胞群體的異質(zhì)性，根據(jù)它們的表達(dá)譜、細(xì)胞譜系、功能和解剖組織使用了又一輪聚類(lèi)，將這些細(xì)胞類(lèi)型分為6類(lèi)（少突膠質(zhì)細(xì)胞譜系、星形膠質(zhì)細(xì)胞譜系和干細(xì)胞、神經(jīng)元譜系、室管膜細(xì)胞、脈管系統(tǒng)細(xì)胞和免疫細(xì)胞）。這些數(shù)據(jù)的子集使作者能夠突出顯示細(xì)胞類(lèi)型中更多的細(xì)微變化。這個(gè)二次分析確定了很多不同的細(xì)胞亞型和身份，這些亞型和身份反映了不同的功能、成熟和位置的細(xì)胞特性。這些細(xì)胞身份與最近的scRNA-seq研究一致，其目的是鑒定新的不同的細(xì)胞類(lèi)型或亞型，并創(chuàng)建發(fā)育中和成年小鼠大腦的詳細(xì)圖譜。這個(gè)過(guò)程使作者能夠以高分辨率對(duì)來(lái)自年輕和老年大腦的所有經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的細(xì)胞群體生成全面的基因表達(dá)譜，它也使研究人員能夠鑒定不同年齡和不同細(xì)胞類(lèi)型的標(biāo)記基因。衰老對(duì)細(xì)胞間轉(zhuǎn)錄多樣性和細(xì)胞組成的影響作者發(fā)現(xiàn)在很大程度上細(xì)胞特性依舊保留在老年大腦中，其中所有細(xì)胞聚類(lèi)都覆蓋了兩個(gè)年齡段的所有細(xì)胞。此外，從年輕細(xì)胞類(lèi)型和老年細(xì)胞類(lèi)型中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)質(zhì)量相似，每種類(lèi)型擁有類(lèi)似數(shù)量的獨(dú)特分子標(biāo)識(shí)（UMI）和檢測(cè)到的基因。接下來(lái)，作者比較了所有轉(zhuǎn)錄基因的變異系數(shù)，觀察到許多細(xì)胞類(lèi)型在年輕細(xì)胞和老年細(xì)胞之間轉(zhuǎn)錄變異的差異。但是，變化的方向性在細(xì)胞類(lèi)型之間并不相同，這表明衰老與轉(zhuǎn)錄變異升高沒(méi)有廣泛的聯(lián)系。通過(guò)研究每種細(xì)胞類(lèi)型的豐度，發(fā)現(xiàn)年輕和老年的大腦細(xì)胞組成在很大程度上是一致的（圖2a）。盡管如此，作者認(rèn)為OPC、NRP和ImmN數(shù)量的下降與衰老有關(guān)（圖2a），這與已有的報(bào)道一致，并揭示了某些OPC、OLG、ASC、mNEUR和MG細(xì)胞亞型內(nèi)潛在但無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的種群轉(zhuǎn)移。值得注意的是，由于它們對(duì)組織解離的敏感性不同，盡管每種細(xì)胞類(lèi)型比例不一定能反映它們?cè)谛∈蟠竽X中的實(shí)際比例，但是觀察到的細(xì)胞類(lèi)型比例的變化似乎反映了實(shí)際的生物學(xué)效應(yīng)。通過(guò)在新老細(xì)胞類(lèi)型與神經(jīng)元亞型之間進(jìn)行差異基因表達(dá)（DGE）分析，研究了小鼠大腦隨著衰老而發(fā)生的轉(zhuǎn)錄變化幅度。在總共檢測(cè)到的14699個(gè)基因中，3897個(gè)基因?qū)χ辽僖环N細(xì)胞類(lèi)型的衰老有顯著影響[（FDR）<0.05]。當(dāng)考慮表達(dá)變化的幅度時(shí)，有1113個(gè)基因超過(guò)了10％的變化（FC）閾值（圖2b）。有趣的是，不考慮細(xì)胞類(lèi)型的話，其中有1027個(gè)基因有顯著變化（531個(gè)上調(diào)和496個(gè)下調(diào)），而在不同細(xì)胞群體中有86個(gè)基因的表達(dá)變化相反。鑒定隨衰老而顯著變化的基因以及FC的計(jì)算取決于幾個(gè)因素，包括每個(gè)細(xì)胞種群中的細(xì)胞數(shù)、轉(zhuǎn)錄水平和分析算法。共有的和特定細(xì)胞類(lèi)型的衰老標(biāo)記基因的鑒定為了確保這些衰老標(biāo)記基因的有效性，首先從總體的角度出發(fā)，將數(shù)據(jù)與已報(bào)道對(duì)小鼠衰老大腦的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。研究者匯總了所有已測(cè)序的細(xì)胞，創(chuàng)建了傳統(tǒng)的全腦轉(zhuǎn)錄圖譜。如預(yù)期的一致，該分析驗(yàn)證了已報(bào)道確定的衰老相關(guān)基因（例如B2m、C4b、Ctss、Il33和Rp18）。此外，本研究中使用的技術(shù)分辨率更高，作者還鑒定出一些以前未報(bào)道的衰老相關(guān)基因（例如Apoc1、Caly、Cxcl12、Nell2和Ybx1等）。由于它們的表達(dá)水平有限或細(xì)胞數(shù)量較少，這些變化在過(guò)去的研究中可能被掩蓋了。重要的是，單細(xì)胞DGE數(shù)據(jù)使研究者能夠基于這些結(jié)果來(lái)確定這些衰老相關(guān)基因來(lái)自于特定細(xì)胞類(lèi)型。例如，Ctss基因雖然在所有免疫細(xì)胞（MG、MAC、MNC和DC）中都高度表達(dá)，但僅在MG中隨著衰老而發(fā)生顯著變化。另一個(gè)例子是Nell2基因，它主要在神經(jīng)元譜系細(xì)胞和OEG中表達(dá)，但其表達(dá)水平僅在OEG中隨衰老而變化。然后，作者將分析的重點(diǎn)放在了11個(gè)主要細(xì)胞群體上，這些細(xì)胞群體表現(xiàn)出數(shù)量最多的差異基因（圖2b）。通過(guò)比較這些細(xì)胞群體的DGE數(shù)據(jù)（圖2c），鑒定了共有的和特定細(xì)胞類(lèi)型的衰老標(biāo)記基因。圖2d中顯示了多種細(xì)胞類(lèi)型共有的衰老相關(guān)基因。大多數(shù)最常見(jiàn)的衰老上調(diào)基因是核糖體蛋白基因（例如Rpl6）、lncRNA基因（例如Malat1）和免疫調(diào)節(jié)或炎癥基因（例如B2m）。最常見(jiàn)的衰老下調(diào)基因是線粒體呼吸鏈復(fù)合基因（例如mt-Nd1）、糖酵解相關(guān)基因（例如Aldoc）和編碼硒蛋白的基因（例如Sepw1）。圖2e中顯示了特定細(xì)胞類(lèi)型的衰老相關(guān)基因。有趣的是，這些數(shù)據(jù)表明，有些基因傳統(tǒng)上被用于特定細(xì)胞類(lèi)型隨著衰老而變化的標(biāo)記基因，例如OLG中Mog基因的下調(diào)，MG中Csf1r基因的下調(diào)，EC中Cxcl12基因的上調(diào)。相反，作者觀察到一些經(jīng)典特定細(xì)胞類(lèi)型標(biāo)記基因會(huì)隨著其他細(xì)胞群體的衰老而變化。例如，在星形膠質(zhì)細(xì)胞譜系和干細(xì)胞中高度表達(dá)的Gfap基因是EPC中上調(diào)最多的基因之一（圖2e）。圖2 衰老相關(guān)的細(xì)胞種群轉(zhuǎn)移和基因表達(dá)的變化。
作者驗(yàn)證了一些共有的和特定細(xì)胞類(lèi)型衰老相關(guān)基因表達(dá)的變化。如圖3a所示，通過(guò)原位雜交驗(yàn)證了共有的衰老相關(guān)基因Rpl6、Malat1和Meg3基因的表達(dá)變化。通過(guò)流式細(xì)胞熒光分選技術(shù)（FACS）純化的CD31+（EC）、CD11b+（MG）和ACSA-2+（ASC）細(xì)胞的普通RNA-seq分析和定量qRT-PCR分析，驗(yàn)證了特定細(xì)胞類(lèi)型衰老相關(guān)基因Csf1r、Cxcl12和Sparc的表達(dá)變化（圖3b，c）。此外，為了進(jìn)一步確定本研究發(fā)現(xiàn)的基因轉(zhuǎn)錄變化是否與蛋白質(zhì)水平變化一致，作者又進(jìn)行了免疫組織化學(xué)分析。如圖3d所示，正如單細(xì)胞scRNA-seq分析所揭示的一樣，作者觀察到了特定細(xì)胞類(lèi)型MG中SPARC蛋白的下調(diào)與共有的衰老相關(guān)標(biāo)記基因IL33蛋白的上調(diào)（圖2e）。圖3 共有的和特定細(xì)胞類(lèi)型的衰老相關(guān)基因表達(dá)變化的驗(yàn)證。
測(cè)序數(shù)據(jù)還揭示了不同細(xì)胞類(lèi)型中具有相反表達(dá)的基因。例如，四跨膜蛋白Cd9在OPC和ASC細(xì)胞中下調(diào)，但在EC和MG細(xì)胞中上調(diào)。通過(guò)雙熒光原位雜交證實(shí)了OPC和MG細(xì)胞中這個(gè)雙向衰老標(biāo)記基因（圖4a，b）。另一個(gè)例子是隨年齡變化的雙向衰老標(biāo)記基因Cldn5，它常用作EC細(xì)胞的標(biāo)記基因，但在OEG細(xì)胞中也高度表達(dá)。作者發(fā)現(xiàn)在EC細(xì)胞中Cldn5下調(diào)，而在OEG細(xì)胞中上調(diào)。值得注意的是，當(dāng)在全腦中檢測(cè)其表達(dá)水平時(shí)，它的變化很小，這進(jìn)一步說(shuō)明以前的測(cè)序研究掩蓋了這些變化。同樣，發(fā)現(xiàn)了許多基因在不同細(xì)胞類(lèi)型之間不一致，例如核糖體蛋白基因。在主要細(xì)胞群體中共有的衰老上調(diào)基因中發(fā)現(xiàn)了許多核糖體蛋白基因（圖2d），但是在某些特定細(xì)胞類(lèi)型中，這些基因在衰老過(guò)程中也表現(xiàn)出不同的表達(dá)方向性。例如，Rps23基因在OPC和ASC細(xì)胞中下調(diào)，而在mNEUR、EC和MG細(xì)胞中上調(diào)。通過(guò)雙熒光原位雜交在OPC和MG細(xì)胞中驗(yàn)證了這種雙向衰老標(biāo)記基因差異的表達(dá)特征（圖4c，d）。圖4 雙向衰老相關(guān)標(biāo)記基因表達(dá)變化的驗(yàn)證。
當(dāng)作者分析主要細(xì)胞群體中所有編碼核糖體蛋白的基因表達(dá)譜時(shí)，發(fā)現(xiàn)了兩種不同的表達(dá)模式。如圖5a所示，在OPC和ASC細(xì)胞中均發(fā)現(xiàn)隨著衰老而下調(diào)的一部分核糖體蛋白基因，在其他細(xì)胞類(lèi)型中上調(diào)。當(dāng)比較神經(jīng)元亞型時(shí)，同樣檢測(cè)到了這些不同的表達(dá)模式，在GABA和GLUT神經(jīng)元中發(fā)現(xiàn)隨著衰老而上調(diào)的一部分核糖體蛋白基因，在DOPA神經(jīng)元中下調(diào)。為了驗(yàn)證這些雙向衰老相關(guān)標(biāo)記基因的特征，檢測(cè)了FACS純化的ACSA-2+（ASC）、CD31+（EC）和CD11b+（MG）細(xì)胞中核糖體蛋白基因的表達(dá)。如圖5b，c所示，通過(guò)普通RNA-seq分析再現(xiàn)了scRNA-seq分析的核糖體蛋白基因結(jié)果，突出了它們對(duì)衰老潛在的不同反應(yīng)。圖5 衰老相關(guān)核糖體蛋白基因表達(dá)的變化。
通過(guò)基因集富集分析（GSEA）研究了衰老相關(guān)信號(hào)通路和細(xì)胞過(guò)程的變化。與DGE分析相比，GSEA具有更高的靈敏度，因?yàn)樗梢詤R總功能相關(guān)的大量基因信息。這樣，在有限的細(xì)胞數(shù)量下能夠分析細(xì)胞類(lèi)型和神經(jīng)元亞型，而在DGE分析中這些細(xì)胞類(lèi)型和神經(jīng)元亞型并未顯示出明顯的衰老相關(guān)變化。在所檢測(cè)的細(xì)胞群體中，該方法揭示了許多共有的與特定細(xì)胞類(lèi)型的衰老相關(guān)信號(hào)通路（圖6）。共有451個(gè)信號(hào)通路發(fā)生了顯著變化（P<0.05和q<0.25），在至少2種細(xì)胞類(lèi)型中有234個(gè)，而其余217個(gè)在特定細(xì)胞群體中是獨(dú)有的。在那些與衰老相關(guān)的信號(hào)通路中，有339個(gè)與細(xì)胞類(lèi)型無(wú)關(guān)（上調(diào)195個(gè)，下調(diào)144個(gè)），而其余112個(gè)的變化在不同細(xì)胞類(lèi)型中不同。最常見(jiàn)的衰老相關(guān)信號(hào)通路是細(xì)胞呼吸、蛋白質(zhì)合成、炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激和生長(zhǎng)因子信號(hào)（圖6）。GSEA表明衰老過(guò)程中mNEUR細(xì)胞發(fā)生了許多生物學(xué)變化，包括關(guān)鍵代謝信號(hào)通路的損傷、離子穩(wěn)態(tài)的失調(diào)和神經(jīng)傳遞的擾亂。作者重點(diǎn)分析了兩個(gè)尚未充分研究但很重要的大腦細(xì)胞種群EC和EPC的變化。GSEA分析顯示EC細(xì)胞表現(xiàn)出許多衰老相關(guān)的信號(hào)通路變化，例如衰老和缺氧信號(hào)的誘導(dǎo)、酮信號(hào)傳導(dǎo)的反應(yīng)、異生代謝和脂質(zhì)代謝以及激素處理的減少。在EPC細(xì)胞中，干擾素誘導(dǎo)的信號(hào)顯著上調(diào)，這與某些干擾素刺激基因（如Ifitm3）的誘導(dǎo)相吻合。在FACS純化的EPC細(xì)胞中，通過(guò)qRT-PCR也觀察到了干擾素刺激基因和其他衰老誘導(dǎo)基因的上調(diào)。這一發(fā)現(xiàn)表明，衰老引起的炎癥反應(yīng)可能會(huì)延伸到這些細(xì)胞，并且看起來(lái)與已報(bào)道的脈絡(luò)叢上皮細(xì)胞相似。重要的是，在不同細(xì)胞類(lèi)型和神經(jīng)元亞型中，GSEA分析還指出生物學(xué)過(guò)程中的核糖體生物發(fā)生表現(xiàn)出不同的衰老調(diào)節(jié)作用。絕大多數(shù)腦細(xì)胞類(lèi)型都顯示出與衰老相關(guān)的編碼核糖體亞基基因的上調(diào)，而三種干細(xì)胞或祖細(xì)胞（NSC、NRP和OPC）顯示其下調(diào)（圖6）。圖6 衰老相關(guān)信號(hào)通路和細(xì)胞過(guò)程的變化。
單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)提供了探索衰老相關(guān)基因的表達(dá)變化影響大腦內(nèi)細(xì)胞間交流的能力。通過(guò)利用每個(gè)細(xì)胞群體的轉(zhuǎn)錄譜，建立了一個(gè)幾乎所有已識(shí)別的腦細(xì)胞類(lèi)型之間潛在的配體-受體相互作用的綜合網(wǎng)絡(luò)。用DGE分析中的數(shù)據(jù)豐富了該網(wǎng)絡(luò)來(lái)標(biāo)記所有的相互作用，發(fā)現(xiàn)了隨著衰老而變化的配體或受體表達(dá)水平。重點(diǎn)分析了EC細(xì)胞中的配體-受體的變化（圖7），不僅是因?yàn)樗鼈儽憩F(xiàn)出如前所述的多種與衰老相關(guān)的變化（圖2b，c），而且還因?yàn)樗鼈儞碛兄苯优c大腦中合成的因子以及與周?chē)M織分泌到循環(huán)中的因子相互作用的獨(dú)特能力。分子網(wǎng)絡(luò)分析表明，胱抑素C（Cst3，一個(gè)衰老下調(diào)的基因）和基質(zhì)細(xì)胞衍生因子1（Cxcl12，一個(gè)衰老上調(diào)的基因）都是血管細(xì)胞與許多腦細(xì)胞間交流的調(diào)節(jié)基因（圖7）。這一發(fā)現(xiàn)表明，它們的衰老相關(guān)變化可以協(xié)同或單獨(dú)調(diào)節(jié)腦實(shí)質(zhì)中衰老相關(guān)過(guò)程。圖7 衰老相關(guān)細(xì)胞間交流的變化。
在這項(xiàng)研究中，首先研究了小鼠大腦的細(xì)胞復(fù)雜性，并表明細(xì)胞身份和組成通常隨著衰老而保持不變。更具體地說(shuō)，當(dāng)全部腦細(xì)胞比例量化時(shí)，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)細(xì)胞類(lèi)型中的細(xì)胞數(shù)量并不會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)而發(fā)生根本變化。盡管如此，作者確實(shí)觀察到已報(bào)道與衰老相關(guān)的某些細(xì)胞群體（例如NRP）的下降。值得注意的是，針對(duì)此問(wèn)題的其他工作可能會(huì)揭示出其他細(xì)胞亞型的變化，尤其是大腦特定區(qū)域的細(xì)胞。然后，比較了年輕細(xì)胞和老年細(xì)胞觀察到某些細(xì)胞群體中明顯的衰老相關(guān)的細(xì)胞間轉(zhuǎn)錄變異。但是，數(shù)據(jù)并未顯示出所有細(xì)胞類(lèi)型中普遍衰老相關(guān)轉(zhuǎn)錄變異的變化。特定細(xì)胞群體中的基因轉(zhuǎn)錄并不一定隨著衰老而變化。這一發(fā)現(xiàn)與Warren等人的觀點(diǎn)一致，但與其他研究相反，該研究表明轉(zhuǎn)錄變異的增加是衰老的共有特征。通過(guò)匯總所有單細(xì)胞測(cè)序并與已報(bào)道對(duì)小鼠衰老大腦的轉(zhuǎn)錄數(shù)據(jù)進(jìn)行DGE分析，驗(yàn)證了許多已報(bào)道鑒定的衰老相關(guān)基因，并鑒定出一些以前未報(bào)道的衰老相關(guān)基因。然后，作者使用單細(xì)胞DGE分析揭示了主要細(xì)胞類(lèi)型的標(biāo)記基因。scRNA-seq的精細(xì)分辨率進(jìn)一步使作者能夠檢測(cè)特定細(xì)胞群體中的基因表達(dá)變化，而這些變化被傳統(tǒng)測(cè)序技術(shù)所掩蓋。更具體地說(shuō)，單細(xì)胞DGE分析產(chǎn)生了大量的衰老相關(guān)基因，這些基因（1）通常在細(xì)胞類(lèi)型之間受到調(diào)節(jié)，（2）對(duì)某些細(xì)胞類(lèi)型具有特異性，（3）在不同細(xì)胞類(lèi)型間不一致。據(jù)作者統(tǒng)計(jì)，這些基因中只有一小部分在以前腦衰老研究中已報(bào)道。數(shù)據(jù)揭示了不同細(xì)胞群體的不同衰老模式。作者發(fā)現(xiàn)在不同細(xì)胞類(lèi)型中某些與衰老相關(guān)的基因和信號(hào)通路受到差異調(diào)節(jié)。例如，隨著年齡的增長(zhǎng)，核糖體蛋白基因的表達(dá)在不同細(xì)胞類(lèi)型和神經(jīng)元亞型之間的表達(dá)相反。來(lái)自DGE和信號(hào)通路分析的數(shù)據(jù)均顯示，大多數(shù)腦細(xì)胞類(lèi)型均顯示出衰老相關(guān)的核糖體蛋白基因上調(diào)，而在干細(xì)胞或祖細(xì)胞中下調(diào)。這種相反的雙向衰老相關(guān)標(biāo)記基因是值得注意的。在過(guò)去的幾年中，已有研究表明，通過(guò)飲食限制而導(dǎo)致的蛋白質(zhì)合成衰減或翻譯相關(guān)基因（包括編碼核糖體亞基的基因）的遺傳操縱，會(huì)延長(zhǎng)多種物種的壽命。值得注意的是，核糖體蛋白基因的下調(diào)和大量蛋白的合成一直被認(rèn)為是衰老的標(biāo)志。基于酵母的轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究，衰老相關(guān)的核糖體蛋白基因的下調(diào)已被廣泛接受。但是，在其他模式生物和人類(lèi)中的多項(xiàng)研究卻提出了相互矛盾的結(jié)果。Zahn等報(bào)道了人腦和肌肉組織中衰老相關(guān)核糖體蛋白基因的上調(diào)，在后續(xù)的研究中，發(fā)現(xiàn)小鼠神經(jīng)元組織中衰老相關(guān)核糖體蛋白基因的上調(diào)，而多個(gè)非神經(jīng)組織中相同基因的表達(dá)卻下調(diào)。此外，最近發(fā)表的轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究顯示，與衰老相關(guān)的核糖體蛋白基因在ASC和NSC細(xì)胞中下調(diào)，并在中老年和患病大腦的MG細(xì)胞中上調(diào)。一項(xiàng)最新的研究表明，核糖體生物發(fā)生和活性的增加是人類(lèi)成纖維細(xì)胞過(guò)早衰老的標(biāo)志。對(duì)此的可能解釋是，具有不同代謝需求的細(xì)胞受到衰老的影響不同，因此會(huì)誘導(dǎo)其他反饋回路，從而部分補(bǔ)償翻譯效率和蛋白質(zhì)合成的損失。另一個(gè)解釋是某些細(xì)胞群體可能會(huì)產(chǎn)生不同類(lèi)型的核糖體來(lái)適應(yīng)其翻譯需求，以應(yīng)對(duì)衰老引起的代謝變化。這些數(shù)據(jù)表明衰老過(guò)程可能并非在所有細(xì)胞類(lèi)型中都是相同的，這與作者的發(fā)現(xiàn)以及最近對(duì)果蠅大腦轉(zhuǎn)錄組分析相一致，果蠅大腦的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)的轉(zhuǎn)錄譜顯示出不同的衰老軌跡。簡(jiǎn)而言之，尚不清楚核糖體蛋白基因和其他翻譯相關(guān)基因的調(diào)節(jié)是否是衰老的原因或衰老后生理變化的結(jié)果，還是說(shuō)兩者都取決于物種、組織類(lèi)型和細(xì)胞類(lèi)型。但是，本研究表明核糖體生物發(fā)生是衰老相關(guān)途徑之一，不同細(xì)胞類(lèi)型受到不同調(diào)控。最后，通過(guò)生成配體-受體相互作用網(wǎng)絡(luò)來(lái)創(chuàng)建大腦中細(xì)胞間交流的網(wǎng)絡(luò)圖，在幾乎所有大腦細(xì)胞類(lèi)型中配體-受體相互作用都會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)而變化。該網(wǎng)絡(luò)圖也非常重要，因?yàn)樽髡邔?shí)驗(yàn)室和其他研究機(jī)構(gòu)的最新發(fā)現(xiàn)表明，某些源自腦實(shí)質(zhì)或血液的分泌因子也能夠調(diào)節(jié)大腦衰老、變性和復(fù)蘇。因此，新的因子、來(lái)源和靶標(biāo)的發(fā)現(xiàn)是衰老領(lǐng)域中新興的重要領(lǐng)域。通過(guò)結(jié)合血液蛋白質(zhì)組學(xué)分析的數(shù)據(jù)、疾病模型以及異時(shí)共生實(shí)驗(yàn)的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)來(lái)擴(kuò)展該網(wǎng)絡(luò)，這可能有助于確定新的由衰老和疾病引起的大腦功能缺陷的治療靶標(biāo)。本研究不僅揭示了細(xì)胞身份的差異，而且還揭示了經(jīng)過(guò)不同治療和狀態(tài)（包括機(jī)體衰老）后一系列細(xì)胞類(lèi)型的變化。隨著單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)的不斷成熟，某些技術(shù)和實(shí)驗(yàn)限制也將得到改善。這些問(wèn)題包括：（1）由大腦組織酶解而引起的潛在采樣問(wèn)題，可以通過(guò)單核測(cè)序方法解決；（2）對(duì)細(xì)胞解離、細(xì)胞包封和其他可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)組之間轉(zhuǎn)錄差異的潛在年齡相關(guān)偏差；（3）與大腦的總大小相比，測(cè)序的細(xì)胞數(shù)量相對(duì)較少，從而限制了更多細(xì)胞群體的比較分析；（4）單細(xì)胞測(cè)序深度相對(duì)較低，將分析限制于高表達(dá)的基因上；（5）缺乏其他方法可以實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)錄本不同剪接體的分析。本研究數(shù)據(jù)不能揭示潛在的衰老相關(guān)的區(qū)域變化，并僅分析了雄性小鼠的大腦，但這可以通過(guò)空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序或性別特異基因表達(dá)變異來(lái)解決。盡管如此，本研究發(fā)現(xiàn)了幾乎所有小鼠大腦細(xì)胞類(lèi)型中與衰老相關(guān)的變化，并揭示了不同細(xì)胞群體中不同的衰老模式，并在本研究中進(jìn)行了驗(yàn)證。因此，盡管在大多數(shù)細(xì)胞類(lèi)型中都出現(xiàn)衰老的跡象，例如線粒體功能障礙和蛋白穩(wěn)態(tài)喪失，但作者反對(duì)衰老是由所有細(xì)胞和組織中誘導(dǎo)單一分子進(jìn)程的假設(shè)。但是，我們注意到衰老過(guò)程可能會(huì)逐漸發(fā)生或以不連續(xù)的步驟發(fā)生，具體取決于大腦中細(xì)胞間的復(fù)雜相互作用以及被外在因素（例如壓力和運(yùn)動(dòng)）改變的相互作用。因此，未來(lái)的研究將通過(guò)檢查其他時(shí)間點(diǎn)來(lái)探索連續(xù)的基因表達(dá)變化，這將有助于揭示每個(gè)細(xì)胞和基因的精確衰老軌跡，并有助于將引起衰老變化的原因與由于衰老變化的結(jié)果相區(qū)分。總之，作為神經(jīng)科學(xué)界和研究衰老生物學(xué)的資源，研究者為所有小鼠大腦細(xì)胞類(lèi)型提供了具有衰老相關(guān)的基因、信號(hào)通路和配體-受體相互作用的綜合數(shù)據(jù)集。除了對(duì)衰老相關(guān)標(biāo)記基因的探索和有關(guān)衰老過(guò)程的新穎見(jiàn)解之外，該數(shù)據(jù)還將被用作其他一系列研究的參考。例如，研究者揭示了許多特定細(xì)胞類(lèi)型標(biāo)記基因會(huì)隨著衰老而變化。因此，在衰老的研究中，單一細(xì)胞的純化或研究可能是錯(cuò)誤的。同樣，在許多細(xì)胞類(lèi)型中，本研究數(shù)據(jù)顯示某些看家基因的轉(zhuǎn)錄水平會(huì)隨著衰老而變化，這可能會(huì)混淆一些定量分析。總體而言，這些數(shù)據(jù)將有助于推動(dòng)對(duì)了解和調(diào)節(jié)衰老過(guò)程的研究，并探索與衰老相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病的分子和細(xì)胞治療靶標(biāo)。
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