目的 面对人口老龄化带来的挑战,衰老相关神经退行性疾病的发病率持续攀升,而其发病机 制尚不明晰,治疗手段有限。 本研究聚焦于衰老这一发病基础,采用生物信息学方法,探索衰老过程中脑细胞 类型特异性基因表达变化及其对衰老的影响,为深入研究脑衰老的生物学机制提供更多依据。

方法 利用 R 软件中的 Seurat 对青年和老年小鼠脑组织单细胞测序数据集 GSE169606 进行整合、质量控制、数据标准化和 统计分析,通过细胞类型注释与差异基因分析,识别出不同细胞类型下的差异表达基因,并借助基因本体论 (Gene Ontology, GO)和京都基因与基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes, KEGG)进行功 能注释和富集分析,通过蛋白质相互作用网络( protein-protein interaction, PPI)分析差异基因之间的相互作 用,最后利用 cytoHubba 插件中 MCC、MNC、DMNC 和 Dgree 4 种算法确定每种细胞中的枢纽基因。

结果 通 过细胞注释共确定了 13 个细胞种类,在老年组和青年组比较后,本研究重点对神经元、小胶质细胞、星形胶质 细胞和内皮细胞 4 种主要细胞类型中筛选出的差异基因进行了深入分析。 GO 分析发现神经元、星形胶质细 胞及内皮细胞的差异基因均显著富集于昼夜节律相关生物学途径,KEGG 分析发现小胶质细胞和内皮细胞的 差异基因均在昼夜节律相关信号通路富集,PPI 分析发现神经元、小胶质细胞和内皮细胞的差异基因生物学 网络均显著富集于昼夜节律功能聚类模块。 进一步,通过对 4 种算法取交集,筛选出上述细胞类型中的核心 基因,在这一过程中,本研究还发现小胶质细胞、星形胶质细胞以及内皮细胞中昼夜节律基因的特异性变化。

结论 本研究运用单细胞转录组学技术,揭示了衰老过程中神经元、小胶质细胞、星形胶质细胞及内皮细胞中 基因差异表达情况。 鉴定出了小胶质细胞、星形胶质细胞及内皮细胞中的枢纽基因,特别是 3 种细胞类型中 特异性昼夜节律基因改变,为深入探索大脑衰老的分子机制及开发相关干预措施奠定基础。

阅读原文：生物信息学分析昼夜节律基因脑细胞类型特异性改变对衰老的影响.pdf