多发性硬化症是一种复杂的、影响大脑和脊髓的慢性神经炎症性疾病，通常发生在30多岁和40多岁的人群中，患者临床过程存在异质性，个体间疾病进展和结局差异明显，有些人出现的残疾症状比其他人更严重，这可能与不同的神经退行性和 / 或神经再生病理反应有关。
目前多发性硬化症的治疗目标是血液中的免疫细胞，阻止它们到达大脑并造成损害。这些药物在多发性硬化症的早期阶段非常有效，但为了帮助治疗病情恶化的患者，研究人员需要找到对脑细胞本身起作用的治疗方法。然而，对于多发性硬化症患者一生中脑细胞是如何受到影响的，以及为什么这种疾病对人们的影响存在巨大差异，人们的理解有限。之前虽有利用单细胞转录组学研究 MS 细胞异质性，但样本量有限，无法充分表征患者间或患者内的异质性。
最近，一个国际研究小组，包括卡罗林斯卡学院，爱丁堡大学和巴塞尔的Hoffmann-La Roche以及其他机构的研究人员，通过对大规模 MS 患者队列——MS死者的大脑的研究，以单个细胞分辨率创建了一个“MS脑细胞图谱”，有助于揭示疾病的细胞和分子基础，为精准治疗提供依据。
研究从荷兰脑库（NBB）、英国 MS 组织库（UKTB）和爱丁堡脑库（EBB）获取人类脑组织样本，涉及 55 例 MS 患者和30例对照的 173 个大脑冷冻组织块（样本包括来自额叶、顶叶或颞叶区域的皮质灰质（GM）或白质（WM）），经过基于外显子读数百分比，去除数据不足或异常的细胞核及样本的质控后，采用了其中54例MS患者大脑和28例对照大脑的156个样本的632,375个单核转录组。
组织处理与测序
对 GM 病变组织块，通过髓鞘碱性蛋白（MBP）和蛋白脂蛋白（PLP）染色确定亚皮质 GM 病变，对 WM 病变样本在相应脑库进行病理分期（分为活动、慢性活动和慢性非活动病变及再髓鞘化病变）。从新鲜冷冻组织中分离细胞核，使用 Nuclei Pure Prep Nuclei Isolation Kit 试剂盒纯化细胞核，用10x Single Cell Next GEM G Chip制备 cDNA 文库，使用 Illumina NovaSeq 6000 系统测序，目标测序深度为至少 30K reads / 细胞核。
MS 与对照样本差异
在 GM 样本中，MS 患者存在 PVALB + 和 SST + 抑制性神经元丢失，部分兴奋性神经元丢失，GM 星形胶质细胞簇增加，少突胶质细胞簇中表达髓鞘蛋白转录本的减少、疾病相关的增加，不成熟少突胶质细胞在 GM 病变和相邻正常组织中丰度变化不同。兴奋性和抑制性神经元在 GM 病变中基因表达变化明显，如兴奋性神经元中谷氨酸信号相关基因上调，离子通道和氧化磷酸化基因下调。
在 WM 样本中，经典病变类型中神经元和胶质细胞数量有预期变化，更详细分析显示少突胶质细胞亚型、小胶质细胞、星形胶质细胞等均有特定变化，如从稳态表型向反应性表型转变。少突胶质细胞中干扰素相关基因表达变化，炎症相关通路基因在星形胶质细胞、小胶质细胞和少突胶质细胞中增强，且基因表达模式在不同病变类型中有连续性变化。
基于转录特征的分层
分析确定了 GM 和 WM 中的因子，其中 WM 中的因子可将 MS 患者分为不同亚组，各亚组有不同的因子得分模式，这些因子与胶质细胞对损伤的反应和再生反应相关，如 WM_F1 与泛胶质细胞的蛋白质折叠、伴侣蛋白和泛素化途径相关，WM_F5 与星形胶质细胞的初级纤毛相关。这种分层与细胞类型组成变化相关，如高 WM_F1和F3 因子与少突胶质细胞类型减少有关，高 WM_F4 与增加的少突胶质细胞分化和髓鞘形成相关基因有关但成熟受阻。
揭示病理机制异质性
本研究表明 MS 患者在分子和细胞水平存在异质性，GM 和 WM 生物学改变不同，WM 中基因表达模式与个体患者效应更相关，且发现了四种不同的神经退行性病理表型，与之前基于病变组成的研究有一定重叠，为理解 MS 病理机制提供了新视角。
患者分层有助于精准医疗，不同亚组患者可能对不同神经保护 / 再生疗法有最佳反应，如促进少突胶质细胞成熟的药物可能对特定亚组更有效，这有助于解释此前神经保护 / 再生疗法试验中效果不佳的原因——未考虑患者异质性进行分层分析。
未来方向
下一步将把死后表型与活体生物标志物联系起来，确定病理表型在患者中的稳定性，探究与遗传 SNP 变异的关系，以及与其他神经退行性疾病病理模式的比较，同时扩大分析范围，如结合蛋白质组学、脂质组学和表观基因组学等进一步表征和分层 MS 患者。
卡罗林斯卡医学院医学生物化学和生物物理系教授、该论文的主要作者之一Gonalo Castello - Branco说：“由于每个患者组在大脑细胞中活跃的基因方面表现出不同的特征，他们对治疗的反应可能不同，这凸显了对MS进行更个性化治疗的必要性。”
到目前为止，研究人员已经用死后的脑组织观察了这些亚群。 Anna Williams表示：“为了帮助治疗多发性硬化症，我们需要弄清楚如何通过血液测试对多发性硬化症患者进行分组。”“然后，我们可以专门为这些亚组设计临床试验，这可以帮助我们为合适的人提供合适的药物。”
局限性：本研究使用死后存档组织的 snRNA - seq，仅评估核转录本，对罕见免疫细胞群体采样不足，无法评论特定类型的 GM 病变，样本匹配虽尽力但仍存在差异，且目前样本量仍不足以进行某些分析。
doi: 10.1016/j.n Neuron .2024.11.016。
