血管性痴呆的多尺度机制建模：从白质损伤的细胞间信号解码到新型治疗靶点发现

本研究针对血管性痴呆(VaD)缺乏有效治疗靶点的难题，通过构建新型VaD小鼠模型，结合跨物种转录组分析，系统解析了白质损伤中失调的细胞间信号网络。研究发现Serpine2-Lrp1和CD39-A3AR信号通路是VaD的关键病理机制，并通过基因干预和药物（Piclidenoson）验证了其治疗潜力，为VaD的精准诊疗提供了新方向。

随着全球老龄化进程加速，血管性痴呆（Vascular Dementia, VaD）已成为仅次于阿尔茨海默病（Alzheimer's Disease, AD）的第二大痴呆类型，给患者家庭和社会带来沉重负担。然而，与AD相比，VaD的发病机制研究相对滞后，特别是对白质（White Matter, WM）缺血损伤的分子机制认识不足，导致目前缺乏有效的诊断生物标志物和靶向治疗策略。这一困境主要源于两大挑战：一是能够准确模拟人类VaD关键病理特征（如认知障碍、髓鞘丢失、脑室扩大等）的理想动物模型匮乏；二是对脑内多种细胞类型在VaD病理过程中如何通过复杂的细胞间通讯（Intercellular Communication）协同参与疾病发生发展的理解仍很肤浅。

为了突破这些瓶颈，发表在《Signal Transduction and Targeted Therapy》上的这篇研究亮点文章，重点介绍了一项发表于《Cell》杂志的重大研究。该研究通过构建一种新型的VaD小鼠模型，并巧妙地将小鼠细胞类型特异性转录组数据与人类VaD单核RNA测序（single-nuclei RNA-sequencing, sn-RNA-seq）数据集相结合，首次系统性地绘制了VaD相关缺血损伤背景下神经血管单元（Neurovascular Niche）内失调的细胞间相互作用网络，成功鉴定并功能验证了两个关键信号通路可作为潜在治疗靶点。这项工作不仅深化了对VaD病理机制的理解，也为未来开发VaD的生物标志物和疗法开辟了新途径。

研究人员在开展这项研究时，运用了几个关键的技术方法。首先是成功构建并表征了一种新型VaD小鼠模型，该模型通过颅内注射血管收缩剂L-NIO，在C57BL/6J小鼠的皮层下白质区域诱导出局灶性缺血，从而模拟了人类VaD的关键神经病理学、行为学和分子特征。其次，研究采用了翻译核糖体亲和纯化（Translating Ribosome Affinity Purification, TRAP）技术，利用Rpl22-HA标签从特定细胞类型（包括内皮细胞、周细胞/成纤维细胞、少突胶质祖细胞和星形胶质细胞）中分离核糖体结合的mRNA，从而获得细胞类型特异性的转录组谱。再者，研究团队整合了小鼠模型数据和人类VaD的sn-RNA-seq数据，并通过构建一个大型配体-受体（Ligand-Receptor, L-R）相互作用数据库，应用六层级筛选策略来优先确定候选信号通路。最后，通过体内基因干预（如敲低Serpine2）和药理学方法（如使用A₃AR激动剂Piclidenoson）对筛选出的顶级候选通路进行了功能验证。

a VaD Mouse Recapitulates Human Brain Changes

研究团队成功构建并验证了一种新型VaD小鼠模型。该模型通过向C57BL/6J小鼠颅内注射血管收缩剂L-NIO，在皮层下白质区域诱导了局灶性缺血，这种损伤破坏了前额叶皮层-海马环路，但未引起运动皮层的广泛损害。注射后长达两个月的纵向研究显示，小鼠出现了认知和运动缺陷等行为学改变，以及毛细血管扩张、少突胶质祖细胞增殖、髓鞘丢失和脑室扩大等病理过程，这些特征与人类VaD相关的标志性变化相似。利用TRAP技术，研究人员从内皮细胞、周细胞/成纤维细胞、少突胶质祖细胞和星形胶质细胞中分离了细胞类型特异性的核糖体结合mRNA。转录组分析表明白质中经典标记物的表达减少，定义了与皮层组织不同的转录组特征。这个模型为未来测试VaD治疗策略提供了一个有价值的平台，尽管需要注意其行为评估仅在诱导后2个月内进行，且研究仅使用了雄性小鼠，这可能限制其观察结果的临床转化性。

Ligand-Receptor Database

为了深入探究VaD相关缺血损伤如何破坏神经血管单元内的配体-受体信号传导，Tian等人将VaD小鼠模型的细胞类型特异性转录组谱与人类VaD的sn-RNA-seq数据集相结合。他们通过合并三个现有来源，构建了迄今为止最大的L-R相互作用数据库，并应用了一套六层级的筛选策略来优先确定候选通路。该流程基于配体特性、跨物种保守性、细胞类型特异性、受体共调节以及已知的神经系统相关性对配体-受体对进行排序。通过这种多尺度数据挖掘，研究成功地从海量的互作数据中筛选出最有可能参与VaD病理的关键信号事件。

Mechanistic and Therapeutic Insights

通过上述筛选策略，两个顶级候选通路被识别出来，并在体内通过基因和/或药理学扰动方法进行了功能验证：Serpine2-Lrp1信号通路和CD39-A3AR信号通路。研究发现，在VaD小鼠大脑中，Serpine2在周细胞和小胶质细胞中的表达上调，而在人类VaD大脑中，其在星形胶质细胞中表达上调。上调的Serpine2与同样表达升高的、位于少突胶质祖细胞上的Lrp1结合，从而抑制了少突胶质祖细胞的成熟。在VaD小鼠模型中敲低Serpine2表达（Serpine2^+/-）可以促进少突胶质祖细胞分化和髓鞘再生，并改善记忆功能。相反，CD39-A3AR信号轴在VaD小鼠大脑白质病变区的小胶质细胞和内皮细胞中表达下调，在人类VaD样本中CD39水平也降低。在VaD诱导前通过AAV介导的基因递送过表达CD39，能够促进VaD小鼠的组织修复。使用正在临床试验中用于治疗银屑病的药物Piclidenoson（一种A₃AR特异性激动剂）进行药理学激活，即使在VaD诱导后5天给药（模拟临床情况的延迟治疗策略），也能增强髓鞘形成，恢复记忆和运动功能，并挽救体内与VaD相关的病理变化。这些研究共同表明，失调的细胞间相互作用组涉及这两条信号通路，它们是VaD的潜在治疗靶点。

研究的结论和讨论部分强调了这项工作的多重重要意义。首先，该研究提供的VaD小鼠模型是研究VaD病理过程和筛选药物的有力工具。其次，研究所采用的分层筛选方法为解析高通量数据、从细胞类型特异性变化关联到功能结局提供了新思路，有助于揭示白质疾病的机制。特别值得注意的是，基于A₃AR的治疗策略尤其引人关注，因为Piclidenoson已进入其他疾病的临床试验，显示出较好的转化潜力，但其生物利用度和血脑屏障穿透性仍需进一步评估，未来可探索纳米颗粒、细胞外囊泡递送或药物化学修饰等策略来优化。此外，研究所highlight的两个信号通路——Serpine2-LRP1和CD39-A3AR轴，均被发现与阿尔茨海默病有关联，这提示VaD与AD的发病机制可能存在重叠，未来需要明确这些信号通路是VaD特异性的，还是多种神经退行性病变所共有，这将为精准医疗疗法的开发提供指导。

总而言之，这项综合性研究通过多尺度的机制建模，显著增进了我们对VaD病理过程的理解，特别是揭示了白质损伤中关键的细胞间信号失调事件，并为开发VaD的诊断和/或治疗策略开辟了新的道路。所鉴定的Serpine2-Lrp1和CD39-A3AR信号通路不仅是深入探究VaD机制的新切入点，更是极具前景的治疗靶点，为应对血管性痴呆这一重大公共卫生挑战带来了新的希望。