Science：利用RABID-seq分析中枢神经系统炎症中的星形胶质细胞-小胶质细胞相互作用

2021年4月24日讯/生物谷BIOON/---中枢神经系统（CNS）的胶质细胞，包括星形胶质细胞和小胶质细胞，在发育、组织修复和稳态方面发挥着关键作用。然而，星形胶质细胞和小胶质细胞反应失调有助于神经系统疾病发生。事实上，在多发性硬化症（MS）及其模型--实验性自身免疫性脑脊髓炎（experimental autoimmune encephalomyelitis,EAE）的背景下，环境化学物、微生物代谢物和细胞-细胞相互作用已被证明能调节星形胶质细胞和小胶质细胞的促病反应。特别是，尽管已知星形胶质细胞与小胶质细胞的相互作用在多发性硬化症和其他神经系统疾病的病理学中发挥着重要作用，但对促进星形胶质细胞与小胶质细胞交谈的途径了解甚少，因此，靶向这些途径的治疗性干预措施也很少。

了解中枢神经系统炎症中星形胶质细胞-小胶质细胞交谈的复杂性需要研究体内精确的神经免疫相互作用，但确定介导这些相互作用的特定细胞类型、途径和分子的方法有限。

在一项新的研究中，来自美国、德国和加拿大的研究人员开发出一种基于病毒的条形码方法，用于识别体内中枢神经系统细胞之间发生数以千计的相互作用，并在单细胞分辨率下同时分析相互作用的细胞的转录组。这些作者将这种技术命名为狂犬病条形码相互作用检测后测序（rabies barcode interaction detection followed by sequencing, RABID-seq），用于在中枢神经系统炎症背景下研究EAE和多发性硬化症中的小胶质细胞-星形胶质细胞交流。相关研究结果发表在2021年4月23日的Science期刊上，论文标题为“Barcoded viral tracing of single-cell interactions in central nervous system inflammation”。

为了开发RABID-seq，这些作者在糖蛋白G缺乏的假狂犬病病毒（RabΔG-BC）中设计了一个mRNA条形码文库，RabΔG-BC在相互作用的细胞之间传播，但只能在通过基因工程过程手段表达病毒糖蛋白G的细胞中复制。他们利用病毒亚型A包膜蛋白（EnvA）包装和RabΔG-BC质粒文库构建出假病毒。因此，该假病毒只感染通过基因工程过程手段表达EnvA受体（TVA）的细胞。在表达TVA和病毒糖蛋白G的细胞中复制后，RabΔG-BC感染相互作用的细胞，并用病毒编码的条形码对这些细胞进行标记。

为了在中枢神经系统炎症背景下利用RABID-seq研究星形胶质细胞在多发性硬化症的EAE模型中的相互作用，这些作者使用了在Gfap启动子控制下在星形胶质细胞中表达糖蛋白G和TVA的转基因小鼠。这些研究确定了几种轴突引导分子是这种炎症背景下小胶质细胞-星形胶质细胞相互作用的关键介质。

利用RABID-seq阐明小胶质细胞-星形胶质细胞的相互作用。图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.abf1230。

通过将RABID-seq与体内的遗传扰动研究相结合，在体外用小鼠和人类原代细胞进行验证，并通过免疫染色和单细胞RNA测序（RNA-seq）对多发性硬化症患者样本进行分析，这些作者确定由Sema4D-PlexinB1、Sema4D-PlexinB2和Ephrin-B3-EphB3介导的小胶质细胞-星形胶质细胞相互作用促进EAE模型中的中枢神经系统病变，而且潜在地促进多发性硬化症发生。值得注意的是，Ephrin-B-EphB3参与了正向和反向信号传导，分别通过调节NFκB和mTOR促进了小胶质细胞和星形胶质细胞的致病作用。此外，他们证实，一种EphB3细胞内结构域激酶活性的小分子抑制剂可渗透到中枢神经系统，从而改善急性和慢性进行性模型中的EAE。

综上所述，这些作者开发出RABID-seq，它是一种新的方法，可在单细胞分辨率下同时研究体内细胞之间的相互作用和相互作用的细胞的转录组。他们利用RABID-seq鉴定出轴突引导分子Sema4D-PlexinB1、Sema4D-PlexinB2和Ephrin-B3/EphB3控制的信号通路是促进中枢神经系统发病的小胶质细胞-星形胶质细胞相互作用的关键介质，也是开发神经系统疾病治疗干预措施的候选靶点。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Iain C. Clark et al. Barcoded viral tracing of single-cell interactions in central nervous system inflammation. Science, 2021, doi:10.1126/science.abf1230.

Aymeric Silvin et al. Expanding cell-to-cell interactions. Science, 2021, doi:10.1126/science.abh2810.