Neuron | 北大李程团队绘制衰老小胶质细胞单细胞蛋白组图谱

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小胶质细胞是中枢神经系统的常驻免疫细胞，在脑发育、稳态维持和神经退行性疾病中发挥关键作用。过去，单细胞转录组（scRNA-seq）已经描绘了小胶质细胞在不同脑区、年龄和疾病状态下的异质性。然而，蛋白质才是功能的直接执行者，目前人们对小胶质细胞功能状态及其在衰老过程中变化规律仍缺乏深入理解。

6月11日，北京大学李程、师晓萌、于翔，联合中国医学科学院叶子璐及陈河兵团队，在神经科学领域权威期刊Neuron（IF=16.9）上发表了题为“Single-cell proteome atlas of aging mouse microglia reveals subpopulation-specific phagoproteome”的最新研究成果。该研究通过优化的单细胞蛋白质组学技术，绘制了衰老过程中小鼠小胶质细胞的单细胞蛋白组图谱，揭示了衰老过程中小胶质细胞亚群的时空蛋白质组异质性，并首次定义了“吞噬蛋白质组”，发现不同亚群具有特异的吞噬偏好。为理解衰老相关认知衰退的机制提供了全新视角和数据资源。

研究团队首先对单细胞流程进行了系统优化：采用低吸附384孔板、500 nL反应体积以降低蛋白损耗，而后结合cellenONE单细胞分选平台和Orbitrap Astral质谱仪进行检测分析。

为揭示衰老过程中小鼠小胶质细胞的时空特异性，研究对12只不同年龄段（年轻-2个月、中年-14个月、老年-24个月）的小鼠海马体（HIP）和前额叶皮层（PFC）的小胶质细胞进行了单细胞蛋白组检测。结果得到了迄今最大的单细胞蛋白组数据集之一，包含3085个单细胞，每个细胞平均鉴定出1153个蛋白质组。与单细胞转录组相比，单细胞蛋白组数据具有更高的表达完整性和跨膜态相关性。

图;单细胞蛋白组工作流程及质控分析

吞噬是小胶质细胞的重要生物学功能，研究在单细胞蛋白组中检测到大量突触蛋白（其mRNA在小胶质细胞中表达量极低），因此研究推测这些可能是小胶质细胞吞噬的外源蛋白。通过多步筛选策略，研究最终筛选出365个外源吞噬蛋白。这类蛋白主要富集神经元突触、髓鞘、星形胶质结构，包含典型的突触标志物SNAP25、SYT1等。分析验证发现，这些蛋白丰度随年龄增加而上升。

图;不同年龄及脑区中小胶质细胞的吞噬蛋白组

在排除吞噬蛋白组后，研究基于内源表达的蛋白进行了聚类分析，识别出5个小胶质细胞亚群（C1-C5）：其中C1/C2富集RNA剪接因子；C3高表达细胞呼吸和突触修剪相关蛋白（CX3CR1、ITGAM、C1QA），C4在老年小鼠中显著富集，高表达肽酶通路蛋白复合物并呈现疾病类似小胶质细胞的表型，C5则被鉴定为边界相关巨噬细胞（BAMs）。伪时间分析显示C3→C1→C4是主要老化轨迹，伴随稳态丢失、溶酶体/肽酶清除功能增强。相比而言C5（BAM）在衰老中变化最小。

图 小胶质细胞单细胞蛋白组的异质性

基于内源性蛋白定义的亚群是否具有不同的吞噬功能偏好？为此，团队对365个吞噬蛋白质组进行无监督聚类，将其分为4类（P1-P4），并观察到不同小胶质细胞亚群对特定外源蛋白的吞噬存在偏好：C2/C3偏好树突、突触蛋白，C4偏好突触和星形胶质GFAP，且总吞噬强度最高。时空异质性方面，前额叶皮层的小胶质细胞在各年龄段吞噬蛋白总量高于海马，这种区域差异与溶酶体容量相关。

图;簇特异性吞噬蛋白组

综合以上，这项研究通过优化的单细胞蛋白质组学技术，首次系统描绘了衰老过程中小鼠小胶质细胞在单细胞水平的蛋白质组动态图谱，并创新性提出“吞噬蛋白质组”概念，将小胶质细胞的外源吞噬物与内源性功能状态直接联系起来，为理解衰老相关认知功能减退和小胶质细胞功能失调提供了全新的数据资源和理论框架。

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参考文献：

Zhang H,et al. 2026.;Single-cell proteome atlas of aging mouse microglia reveals subpopulation-specific phagoproteome.Neuron.