各位讀者好，今天為大家帶來一篇整合單細胞RNA測序、空間轉錄組學和空間代謝組學等前沿研究手段并結合實驗來研究脊髓損傷（SCI）的潛在治療靶點和機制的高分文章，是由復旦大學附屬華山醫院神經外科、內分泌科等團隊2025年10月在Biomarker Research發表的，題為“Integrating single-cell RNA sequencing and spatial multi-omics reveals the molecular signature of regeneration after spinal cord injury"。深入探究了SCI 后的自我修復的潛在分子機制，為SCI的機制研究和治療靶點挖掘提供了 “細胞- 基因-代謝-空間" 關聯的多組學框架。

發表雜志：

《Biomarker Research》是一本專注于生物標志物研究的國際學術期刊，由BioMed Central Ltd于2013年創刊，涵蓋生物標志物研究的所有方面，從基礎發現到臨床應用的全鏈條轉化研究。

2025 年影響因子：11.5

ISSN：2050-7771

JCR 分區：醫學Q1 /腫瘤學Q1 ，雙料Top期刊

發文量：每年出版文章數平均約79篇

發表成本：EUR 2790 | USD 3390 | GBP 2490（符合條件的作者可申請費用減免）

審稿周期：以快速審稿著稱，首審時間僅約7天，從投稿到在線發表周期短，從投稿到發表全程約3-4 個月

《Biomarker Research》是生物標志物研究領域的快速成長型quan威期刊，憑借其高影響因子、快速審稿、開放獲取和跨學科定位，成為該領域研究者發表高質量成果的理想選擇，尤其適合從事生物標志物發現、驗證及臨床轉化研究的科研人員。

研究背景：

脊髓損傷（SCI）可導致yong久性殘疾，損傷后雖啟動自我修復，但神經元再生和生長微環境支持有限。現有單細胞研究缺乏基因表達的空間結構及代謝變化信息，而空間組學可彌補此不足。本研究旨在通過整合單細胞RNA測序、空間轉錄組學和空間代謝組學，在單細胞和空間分辨率水平解析SCI后自我修復的分子機制，以發現潛在治療靶點。         

    本文通過單細胞RNA測序、空間轉錄組學和空間代謝組學技術，對脊髓損傷（SCI）后大鼠模型的自我修復過程進行研究，識別出三個與脊髓修復相關的細胞亞群（Mic2小膠質細胞、Mac4巨噬細胞、Fib4成纖維細胞），并揭示其空間轉錄和代謝特征，為SCI治療靶點提供多組學框架。

研究框架：

1.提出問題：

SCI后自我修復的細胞異質性及空間分子特征尚不明確，需結合多組學技術解析。

2. 研究框架：

以大鼠SCI模型為對象，整合單細胞RNA測序、空間轉錄組學和空間代謝組學，從細胞、空間轉錄和代謝層面分析修復機制。

3. 研究方法:

采用單細胞測序識別細胞亞群，空間轉錄組定位細胞分布，空間代謝組分析代謝物富集，結合免疫組化、qRT-PCR等驗證。

4. 分析數據：

通過Seurat、CellChat等工具進行細胞聚類、功能富集及細胞通訊分析，關聯空間轉錄與代謝數據。

5. 研究結論：

識別修復相關細胞亞群，明確其空間分布及代謝特征，提出潛在治療靶點。

Fig.1a工作流程示意圖

結果解析：

1. 單細胞、空間轉錄組與空間代謝組聯合解析脊髓損傷后的分子變化

通過單細胞RNA測序（scRNA-seq）、空間轉錄組（ST）和空間代謝組（SM）技術，構建脊髓損傷（SCI）后細胞異質性和空間分子特征的多組學框架。scRNA-seq識別出10種主要細胞類型（如小膠質細胞、巨噬細胞、成纖維細胞等）；ST和SM顯示損傷脊髓與假手術組在轉錄和代謝模式上存在顯著差異，且正常脊髓的白質與灰質也表現出不同的分子特征。

2. 脊髓損傷中小膠質細胞亞群的分子鑒定

將小膠質細胞亞聚類為6個亞群，發現SCI后主要富集的Mic2亞群高表達Spp1、Hopx等修復相關基因，參與傷口愈合和細胞黏附調控。細胞間通訊分析顯示，Mic2與內皮細胞、少突膠質前體細胞（OPCs）等通過Cd99-Cd99、Psap-Gpr37l1等配體-受體對相互作用，提示其在血管生成和神經保護中的潛在作用。

3. 再生促進型小膠質細胞的多組學特征

通過整合分析本研究與公共數據集，證實Mic2亞群與再生促進型小膠質細胞（MG3）高度相關，富集于修復相關通路。空間定位顯示Mic2主要分布在損傷脊髓背側白質區，且該區域牛磺酸（taurine）代謝水平顯著升高，推測牛磺酸通過Gad2酶調控促進軸突再生。

4. 巨噬細胞亞群的分子異質性與極化軌跡

將巨噬細胞分為6個亞群，其中Mac4為抗炎M2型亞群，高表達Anxa3等抗炎基因；Mac2和Mac5為促炎M1型亞群。擬時序分析揭示巨噬細胞極化的兩條軌跡：促炎分支（Mac2/5）富集免疫相關通路，抗炎分支（Mac4）富集細胞解毒和再生通路。

5. 抗炎巨噬細胞Mac4的空間代謝特征及功能驗證

   空間分析顯示Mac4呈簇狀分布，其富集區域高表達柯巴酸（copalic acid, CA）。體外和體內實驗證實CA可抑制促炎基因（CD86、IL-1β）表達，降低iNOS水平并升高ARG1水平，驗證了其抗炎作用。

6. 促再生成纖維細胞亞群Fib4的發現與空間定位

鑒定出高表達Igf2的成纖維細胞亞群Fib4，其富集于損傷脊髓表面區域，且該區域尿苷（uridine）代謝水平升高。Fib4通過分泌IGF2促進神經元存活和軸突再生，尿苷可能通過Upp1、Nt5e等酶調控參與組織修復。

7. 重組IGF2促進脊髓損傷后的神經保護與軸突再生

體內實驗顯示，損傷后注射重組IGF2（rIgf2）可增加損傷區5-羥色胺（5HT）陽性軸突密度，提高NeuN+神經元存活率，縮小損傷面積，并通過行為學評估（BMS評分、傾斜板實驗）證實其促進運動功能恢復的作用。

研究結論：

識別出三個促進脊髓修復的細胞亞群（Mic2、Mac4、Fib4），明確其空間分布（Mic2于背側白質，Mac4簇狀分布，Fib4于損傷周圍）及代謝特征（分別高表達牛磺酸、柯巴酸、尿苷），為SCI治療提供多組學框架。

研究的創新性：

shou次整合單細胞RNA測序、空間轉錄組學和空間代謝組學，在單細胞和空間水平揭示SCI修復的細胞異質性及代謝特征，發現柯巴酸和尿苷的修復作用。

研究的不足之處：

未納入單細胞核RNA測序，缺乏神經元數據；單細胞測序與空間組學樣本來自不同動物，可能引入偏差；機制研究較基礎，需進一步驗證。

研究展望：

結合單細胞核RNA測序解析神經元在修復中的作用；開發單細胞空間多組學技術減少樣本差異；深入探究牛磺酸、柯巴酸、尿苷的具體作用機制；開展臨床轉化研究，驗證候選靶點的治療效果。

研究意義：

揭示SCI后自我修復的細胞和分子機制，為開發靶向特定細胞亞群及代謝物的治療策略提供理論基礎，推動SCI再生醫學發展。