小膠質(zhì)細胞是大腦駐留的免疫細胞，它們在發(fā)育、穩(wěn)態(tài)維持和神經(jīng)退行性疾病中扮演著至關重要的角色。長期以來，科學家們主要通過單細胞RNA測序（scRNA-seq）來研究小膠質(zhì)細胞的異質(zhì)性和動態(tài)變化。然而，mRNA水平的變化往往不能完全反映作為功能執(zhí)行者的蛋白質(zhì)的表達情況，也不能完全反映細胞功能狀態(tài)。

2026年6月11日，北京大學李程/師曉萌/于翔團隊聯(lián)合中國醫(yī)學科學院葉子璐研究員、軍事醫(yī)學科學院陳河兵研究員在Neuron雜志發(fā)表了題為Single-cell proteome atlas of aging mouse microglia reveals subpopulation-specific phagoproteome的研究論文。該研究大規(guī)模繪制了衰老過程中小鼠小膠質(zhì)細胞的單細胞蛋白質(zhì)組圖譜，并創(chuàng)新性地提出了“吞噬蛋白質(zhì)組（Phagoproteome）”的概念，揭示了小膠質(zhì)細胞在單細胞水平上的蛋白質(zhì)組和功能異質(zhì)性。

單細胞蛋白質(zhì)組學（Single cell proteomics,SCP) 目前面臨兩大瓶頸：單細胞的蛋白總含量極低，以及質(zhì)譜分析通量有限。研究團隊基于Orbitrap Astral質(zhì)譜儀，優(yōu)化了一套無標記單細胞蛋白質(zhì)組學流程。通過采用Mantis全自動溶液鋪板、低吸附384孔板、優(yōu)化裂解液體積等方法，提升了樣品制備的一致性，降低了蛋白吸附損失。利用該流程，團隊對來自年輕（2月齡）、中年（14月齡）和老年（24月齡）小鼠的海馬和前額葉皮層的小膠質(zhì)細胞進行了蛋白質(zhì)組學分析，最終獲得了3,085個高質(zhì)量的單細胞數(shù)據(jù)，平均每個細胞鑒定到1,153種蛋白質(zhì)。與小膠質(zhì)細胞的單細胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)相比，SCP數(shù)據(jù)集具有更高的數(shù)據(jù)完整性和更低的細胞間差異，提示蛋白質(zhì)組在單細胞水平上比轉(zhuǎn)錄組更穩(wěn)定，部分原因可能源于轉(zhuǎn)錄爆發(fā)和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控機制。

小膠質(zhì)細胞單細胞蛋白質(zhì)組學樣品前處理和質(zhì)譜數(shù)據(jù)采集流程

小膠質(zhì)細胞的核心功能之一是吞噬，以清除神經(jīng)元突觸、細胞碎片和外源物質(zhì)。研究團隊發(fā)現(xiàn)SCP技術(shù)不僅能檢測小膠質(zhì)細胞自身表達的蛋白質(zhì)，還捕獲到它們從外界環(huán)境中“吃進來”的蛋白質(zhì)。通過一套嚴格的過濾策略,結(jié)合scRNA-seq數(shù)據(jù)排除內(nèi)源表達蛋白、推測外源蛋白質(zhì)的可能細胞類型來源,團隊鑒定出365個候選吞噬蛋白質(zhì)組蛋白。這些蛋白高度富集突觸結(jié)構(gòu)和髓鞘成分，包括突觸前標志物SYP、SNAP25、SYT1以及星形膠質(zhì)細胞標志物GFAP，并且吞噬蛋白質(zhì)組具有腦區(qū)和年齡差異性。團隊使用免疫熒光實驗進一步驗證了這一發(fā)現(xiàn)：在前額葉皮層區(qū)域，SYT1蛋白定位在小膠質(zhì)細胞的CD68?溶酶體內(nèi)，且中年小鼠（14月齡）的吞噬水平顯著高于年輕小鼠（2月齡）。

研究者隨后基于內(nèi)源表達蛋白質(zhì)組的聚類分析鑒定出5個單細胞亞群（C1-C5），其中C5被注釋為邊界相關巨噬細胞（BAM），證明SCP可以區(qū)分相似的細胞類型。各個小膠質(zhì)細胞亞群展現(xiàn)出獨特的蛋白表達特征和功能富集。C3亞群高表達穩(wěn)態(tài)標志物P2RY12和TMEM119，同時富集突觸修剪相關蛋白（CX3CR1、C1QA、ITGAM）和有氧呼吸通路，提示其通過高能量消耗支持細胞運動性和突觸修剪功能。C4亞群在老年小鼠中顯著富集，高表達溶酶體標志物LAMP1和肽酶通路蛋白，呈現(xiàn)類似疾病相關小膠質(zhì)細胞的分子特征，提示其與衰老相關的吞噬和清除能力增強。偽時間軌跡分析顯示，小膠質(zhì)細胞可能經(jīng)歷了從C3→C1→C4的狀態(tài)轉(zhuǎn)變，伴隨穩(wěn)態(tài)蛋白的下調(diào)和炎癥/吞噬相關蛋白的上調(diào)。研究還發(fā)現(xiàn)，前額葉皮層的小膠質(zhì)細胞表現(xiàn)出比海馬區(qū)更高的吞噬活性，且這種差異在衰老過程中持續(xù)存在，這可能與前額葉皮層持續(xù)的突觸重塑需求有關。

綜上，該研究建立了規(guī)模較大的原代細胞的單細胞蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)集，并創(chuàng)新性地提出了“吞噬蛋白質(zhì)組”概念，為理解小膠質(zhì)細胞和其他吞噬細胞在生理和病理條件下的功能狀態(tài)提供了新方法和視角。研究也為理解不同腦區(qū)在認知功能和衰老過程中的差異提供了新線索。

小膠質(zhì)細胞單細胞吞噬蛋白質(zhì)組學分析與成像驗證

本研究通訊作者為北京大學生命科學學院李程研究員、藥學院師曉萌副研究員、中國醫(yī)學科學院蘇州系統(tǒng)醫(yī)學研究所葉子璐研究員、軍事醫(yī)學科學院陳河兵研究員、北京大學生命科學學院于翔教授，共同第一作者為北京大學張浩然、張廣欣、張曉輝博士、魏昌盛、蘇州系統(tǒng)醫(yī)學所助理研究員劉震博士、西北農(nóng)林科技大學陳碧嘉、空軍軍醫(yī)大學西京醫(yī)院王龍騰博士。浙江大學高志華教授、羅宇翔，北京大學醫(yī)學部王晶教授、姜竺君博士、孫玉芳博士、西京醫(yī)院段維勛教授、劉金成教授、軍事醫(yī)學科學院李亭亭博士對本課題做出了重要貢獻。蘇州系統(tǒng)醫(yī)學所醫(yī)學所顧蕾、葛瑞誠，北京大學方青、彭婷、朱江寧、楊瑞穎、申衛(wèi)國參與了課題研究。

https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(26)00385-5

制版人： 十一

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