网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

Nature | 杨绘等揭示人脑前额叶全生命周期的分子变化规律

0
分享至


背外侧前额叶皮层(DLPFC)在工作记忆和执行控制中发挥重要作用,其功能异常与精神分裂症、阿尔茨海默病等多种脑疾病密切相关。该脑区的突触重塑可延续至成年早期,其结构与功能也随衰老发生变化。因此,从全生命周期视角研究这一脑区,有助于理解相关脑功能及疾病易感性。近年来,单细胞转录组技术深化了对人脑细胞多样性及其基因表达特征的认识。然而,已有研究多聚焦于特定年龄阶段或疾病脑组织。不同细胞的基因表达从发育到衰老如何变化,以及这些变化与疾病遗传风险有何联系,仍有待厘清。

近日,来自美国西奈山伊坎医学院的Panos Roussos团队在Nature杂志上发表题为Lifespan single-cell transcriptomic atlas of the human prefrontal cortex的论文。研究结合单核RNA测序与多层次分析,系统解析了人脑前额叶从婴儿期到晚年的转录特征,揭示了三阶段分子变化模式,以及不同细胞的表达变化与精神疾病和神经退行性疾病遗传风险之间的联系。研究还发现,晚年胶质细胞出现免疫与应激相关重编程,神经元和胶质细胞的昼夜节律也发生重塑。


前额叶转录变化呈现三阶段模式

在PsychAD联盟框架下,研究人员对284名神经典型供体的DLPFC组织开展单核RNA测序。供体年龄覆盖婴儿期至97岁,共获得超过130万个细胞核的转录组。分年龄阶段的分析显示,细胞组成变化主要集中于发育期和成年早期,约24岁后,多数细胞亚类的比例变化明显减缓。

基因表达则呈现三阶段模式:发育期有大量基因的表达随年龄变化,以神经元中的变化最为突出;成年早期和中期相对稳定;晚年变化再次增多,并主要集中于胶质细胞。主要的年龄相关表达变化在独立数据集中得到验证。

不同细胞的生命周期表达规律

鉴于发育期和晚年的年龄相关表达变化最为明显,研究人员进一步将年龄作为连续变量,通过非线性轨迹建模,描绘基因表达在全生命周期中的变化,并识别出10类轨迹。发育期神经元中的年龄相关差异表达基因主要集中于两类轨迹,其中一类包含随年龄下调的基因,富集于突触信号传递和中枢神经系统发育等过程。晚年的年龄相关差异表达基因则呈现多种变化模式,部分上调轨迹中的基因与神经及免疫相关疾病的遗传风险有关,其中一类轨迹突出反映了胶质细胞的免疫反应和干扰素信号。主要表达轨迹在独立数据集中得到验证。

此外,研究人员比较了不同细胞亚类的年龄相关表达变化,发现这些变化随年龄增长更趋一致,在晚年兴奋性神经元中尤为明显。相关基因富集于DNA修复和RNA剪接等过程,提示不同神经元亚类可能共享维持细胞完整性的分子机制。

细胞谱系表达程序的疾病关联与空间特征

在描绘基因表达随年龄变化的基础上,研究人员整合已发表的早期发育数据,进一步开展拟时序分析,重建不同细胞谱系从发育到衰老的状态轨迹。在此基础上,识别相关基因模块,并分析其功能、疾病遗传关联和空间分布。

星形胶质细胞和小胶质细胞的发育相关模块涉及神经系统发育,衰老相关模块则分别更多涉及细胞因子响应和免疫功能,并与神经及免疫相关性状有关。沿少突胶质细胞谱系,精神疾病相关遗传风险主要与前体细胞相关,阿尔茨海默病相关遗传风险则与成熟少突胶质细胞相关;其发育相关模块涉及突触传递,衰老相关模块则涉及髓鞘形成和蛋白质定位等过程。兴奋性和抑制性神经元的发育相关模块涉及神经系统发育和突触功能,其生命周期轨迹持续呈现精神疾病相关遗传关联。

空间转录组分析进一步验证了这些表达模块的解剖分布。小胶质细胞和少突胶质细胞的发育相关模块广泛分布于皮层,而衰老相关模块在白质中富集。星形胶质细胞亚型相关模块也呈现灰、白质分布差异,兴奋性神经元的相关表达模块则呈现与其所在皮层位置相符的空间分布。

晚年神经元与胶质细胞的昼夜节律重塑

在分析这些基因模块的潜在转录调控网络时,研究人员发现了与昼夜节律同步有关的通路。考虑到节律紊乱与衰老的联系,研究人员进一步利用供体的死亡时间信息,重建基因表达的24小时节律,比较成年早期和中期合并组与晚年组的差异。成年早期和中期合并组中,神经元核心时钟基因的表达峰值时间较为一致;到了晚年,这些节律明显减弱,不同细胞亚类之间的峰值时间也更为分散。差异节律与通路分析进一步显示,晚年小胶质细胞和少突胶质细胞出现新的应激相关节律,涉及未折叠蛋白响应等过程。

该研究通过整合全生命周期的表达轨迹、疾病遗传关联及空间分布分析,揭示了成年神经元的相对转录稳定性、晚年胶质细胞的免疫与应激相关重编程,以及随年龄发生的昼夜节律重塑,为理解正常脑衰老及其与疾病易感性的联系提供了新的线索。

美国西奈山伊坎医学院的杨绘博士、Tereza Clarence博士及匹兹堡大学医学院的Madeline R. Scott博士为本文的共同第一作者。Panos Roussos教授与Kiran Girdhar助理教授为本文的共同通讯作者。

原文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-026-10271-7

PsychAD专题合集:https://www.nature.com/collections/jfibicjjjg

制版人: 十一

学术合作组织

(*排名不分先后)



战略合作伙伴

(*排名不分先后)

推荐直播

转载须知


【非原创文章】本文著作权归文章作者所有,欢迎个人转发分享,未经作者的允许禁止转载,作者拥有所有法定权利,违者必究。

BioArt

Med

Plants

人才招聘


点击主页推荐活动

关注更多最新活动!



特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
一帮软骨头!国民党中委联署开除赵少康党籍,国民党中央明确反对!

一帮软骨头!国民党中委联署开除赵少康党籍,国民党中央明确反对!

为了更好
2026-10-17 08:29:45
成都一场婚礼的寒酸程度把全国人民都看愣了

成都一场婚礼的寒酸程度把全国人民都看愣了

七月生活情感驿站
2026-10-11 21:16:41
1988年,他花10万买下深圳荒地,30年后拆迁款把他吓坏

1988年,他花10万买下深圳荒地,30年后拆迁款把他吓坏

灿烂夏天
2025-05-12 14:33:45
周迅夺釜山电影节影后,获奖感言火遍全网,郑晓龙的评价终于有人信了

周迅夺釜山电影节影后,获奖感言火遍全网,郑晓龙的评价终于有人信了

娱乐圈十三太保
2026-10-16 16:08:33
从“政府来养老”到“第一责任人”:谁在自力更生,谁在稳享保障?

从“政府来养老”到“第一责任人”:谁在自力更生,谁在稳享保障?

马小白
2026-10-17 17:04:07
泽连斯基:乌克兰境内“星链”被限速是故意的

泽连斯基:乌克兰境内“星链”被限速是故意的

参考消息
2026-10-18 15:01:19
埃塞俄比亚选手托拉打破北马男子赛会纪录

埃塞俄比亚选手托拉打破北马男子赛会纪录

新京报
2026-10-18 10:04:14
这幅丑书曾卖出4个亿,通篇杀气腾腾,把王羲之都比下去了——黄庭坚草书《砥柱铭》

这幅丑书曾卖出4个亿,通篇杀气腾腾,把王羲之都比下去了——黄庭坚草书《砥柱铭》

幸福娃3790
2026-10-07 12:39:20
1929年,胡适提出“五鬼扰中华”观点,时至今日,仍是我们最大的敌人

1929年,胡适提出“五鬼扰中华”观点,时至今日,仍是我们最大的敌人

文史达观
2026-10-16 09:06:46
法国总统候选人:法方已无力资助乌克兰

法国总统候选人:法方已无力资助乌克兰

每日经济新闻
2026-10-17 09:32:40
社保严查倒查最新消息!

社保严查倒查最新消息!

逍遥论经
2026-10-17 17:33:19
1天时间,娱乐圈又传2大噩耗,著名艺术家去世,吴越怒斥令人意外

1天时间,娱乐圈又传2大噩耗,著名艺术家去世,吴越怒斥令人意外

不似少年游
2026-10-18 11:38:13
14年累计下跌5%:这些年中国股民是怎么活的?

14年累计下跌5%:这些年中国股民是怎么活的?

城事堂
2026-10-18 09:35:23
社会上开始出现独居青年猝死家中的事了,媒体报道北京一个47岁的外卖员出租屋猝死后一个月才被发现!

社会上开始出现独居青年猝死家中的事了,媒体报道北京一个47岁的外卖员出租屋猝死后一个月才被发现!

黯泉
2026-10-18 10:22:01
“生平没碰过女孩”,万米高空自杀式袭击揭秘

“生平没碰过女孩”,万米高空自杀式袭击揭秘

中国新闻周刊
2026-10-17 23:24:03
一觉醒来,中国油轮在波斯湾遇袭!这不是误炸,是有人想“破窗”

一觉醒来,中国油轮在波斯湾遇袭!这不是误炸,是有人想“破窗”

闫树军论评
2026-05-08 18:11:21
武网大冷门!赫瓦林斯卡2-0首胜世界前十 晋级决赛将战卡塔尔

武网大冷门!赫瓦林斯卡2-0首胜世界前十 晋级决赛将战卡塔尔

醉卧浮生
2026-10-17 22:01:23
地位彻底变了!29岁樊振东低调回国仅24小时,再次官宣新身份!国乒2大信号藏不住了!球迷:终于等到这一天

地位彻底变了!29岁樊振东低调回国仅24小时,再次官宣新身份!国乒2大信号藏不住了!球迷:终于等到这一天

锐评利物浦
2026-10-17 21:05:38
中国十大悬案(两案已告破)

中国十大悬案(两案已告破)

年代回忆
2026-10-17 20:10:28
台湾县市长选举结果预测:国民党或可拿下五都,总计16县市执政权

台湾县市长选举结果预测:国民党或可拿下五都,总计16县市执政权

掉了颗大白兔糖
2026-10-18 03:16:45
2026-10-18 16:27:00
BioArt incentive-icons
BioArt
探索生物艺术之奥秘
11412文章数 18548关注度
往期回顾 全部

科技要闻

王江舟院士:6G到底是不是骗局 是不是收割

头条要闻

央视披露扶贫农业大棚被大量闲置荒废 吉林省长:严惩

头条要闻

央视披露扶贫农业大棚被大量闲置荒废 吉林省长:严惩

体育要闻

升级版杨瀚森再闯难关:当上开拓者第三中锋还得拼

娱乐要闻

曝郭麒麟与25岁知名女星已经结婚,女方回应关系

财经要闻

马斯克:美债问题只能靠AI和机器人解决

汽车要闻

星瑞L PLUS限时售价10.97万元起 开启智混3L时代

态度原创

手机
健康
旅游
房产
军事航空

手机要闻

华为路由X2 Pro官宣接入智慧生活App,新品上市时间待定

看着很健康的人,怎么会突然猝死?

旅游要闻

踏寻红迹,趣动乡野!“一起去村游”洪西村红色体能研学专场收官

房产要闻

利好密集落地+现房好房断档,广州楼市买入窗口,正在倒计时!

军事要闻

乌克兰全国超15处重要能源设施遭俄袭击 泽连斯基发声

无障碍浏览 进入关怀版