撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

Perturb-seq 技術(shù)能夠?qū)Ρ姸嗷虻倪z傳擾動效應進行高通量分析，揭示其調(diào)控網(wǎng)絡和功能作用。在體內(nèi)（in vivo）通過細胞類型特異性讀出擴展這種方法，能夠系統(tǒng)地剖析組織內(nèi)基因型與表型的關系。星形膠質(zhì)細胞（Astrocytes）對于維持大腦穩(wěn)態(tài)、突觸維護以及神經(jīng)炎癥至關重要，其受到轉(zhuǎn)錄因子（TF）的嚴格調(diào)控。然而，在體內(nèi)生理和病理狀態(tài)下，轉(zhuǎn)錄因子介導的星形膠質(zhì)細胞的調(diào)控全景圖，目前仍知之甚少。

最新的體內(nèi)單細胞擾動技術(shù)使得在活體組織中進行基因功能研究成為可能，但這些方法目前仍局限于生理條件下的小規(guī)模功能缺失分析，限制了治療探索的深度。

2026 年 4 月 23 日，中國科學院腦科學與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心周海波研究員、許爭爭博士，上海市第六人民醫(yī)院鄭元義教授、吳建榮副研究員及上海鯨奇生物胡新德博士作為共同通訊作者（張連升、馬琪、孔祥瑞、王博、鄒衛(wèi)娟、吳斌為論文共同第一作者），在國際頂尖學術(shù)期刊 Science 上發(fā)表了題為：Mapping transcription factor functions in astrocytes using in vivo gain-of-function Perturb-seq 的研究論文。

該研究開發(fā)了一個名為 iGOF–Perturb-seq 的體內(nèi)功能獲得性擾動測序平臺，用于構(gòu)建約 1000 個轉(zhuǎn)錄因子在大腦星形膠質(zhì)細胞中的功能圖譜。利用該平臺，研究團隊鑒定了功能協(xié)同的模塊，注釋了未被表征的轉(zhuǎn)錄因子，并預測了疾病相關的轉(zhuǎn)錄因子簇。在小鼠神經(jīng)炎癥模型中進行的 iGOF–Perturb-seq 篩選，將 Ferd3l 鑒定為潛在治療候選靶點，在星形膠質(zhì)細胞特異性過表達 Ferd3l 緩解了阿爾茨海默病小鼠模型的癥狀。這項技術(shù)為理解體內(nèi)基因調(diào)控與疾病機制、以及為不同腦部疾病尋找潛在治療靶點提供了資源。

在這項最新研究中，研究團隊開發(fā)了一個體內(nèi)功能獲得性（in vivo GOF）研究平臺——iGOF–Perturb-seq，整合條形碼開放閱讀框、腺相關病毒（AAV）介導的遞送以及單核 RNA 測序技術(shù)，從而能夠系統(tǒng)性評估在活體組織中大規(guī)?；蜻^表達所產(chǎn)生的影響。

研究團隊將該平臺應用于小鼠大腦的星形膠質(zhì)細胞，對約 1000 個轉(zhuǎn)錄因子（TF）進行了功能獲得性（GOF）效應分析，揭示了在復雜生物學背景下調(diào)控星形膠質(zhì)細胞功能的調(diào)控網(wǎng)絡。進一步地，研究團隊將該平臺擴展至疾病模型小鼠，實現(xiàn)了體內(nèi)治療靶點的系統(tǒng)性篩選。

研究團隊構(gòu)建了一個包含約 1000 個轉(zhuǎn)錄因子的 AAV 介導的過表達文庫，并應用 iGOF-Perturb-seq 平臺，結(jié)合靶向的功能獲得性（GOF）與功能缺失（LOF）驗證，繪制了星形膠質(zhì)細胞轉(zhuǎn)錄因子的功能圖譜。這項大規(guī)模分析為理解轉(zhuǎn)錄因子如何在體內(nèi)調(diào)控基因網(wǎng)絡和細胞功能提供了寶貴資源。通過對受擾動星形膠質(zhì)細胞的轉(zhuǎn)錄組譜進行基因表達程序分析，鑒定出了功能協(xié)同的轉(zhuǎn)錄因子模塊，并預測了此前未被表征的轉(zhuǎn)錄因子的功能，從而揭示了定義體內(nèi)星形膠質(zhì)細胞功能的轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡。

為了進一步闡明轉(zhuǎn)錄因子介導的轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡，研究團隊對所有受擾動的星形膠質(zhì)細胞進行了高維加權(quán)基因共表達網(wǎng)絡分析。該分析解析出五個分別富集于不同生物過程的共表達模塊，并聚類出六組轉(zhuǎn)錄因子，揭示了多樣化的功能獲得性轉(zhuǎn)錄因子擾動如何對星形膠質(zhì)細胞的功能性轉(zhuǎn)錄程序產(chǎn)生趨同效應。

通過將這些 Perturb-seq 數(shù)據(jù)與來自正常老年受試者及神經(jīng)退行性疾病、膠質(zhì)瘤和精神疾病患者的單核 RNA 測序數(shù)據(jù)集進行比較，研究團隊預測了可能參與疾病進展的潛在疾病相關轉(zhuǎn)錄因子，并成功驗證了它們的功能作用。

更重要的是，在模擬疾病條件下進行的 Perturb-seq 能夠直接分析病理狀態(tài)下的基因調(diào)控。例如，該研究鑒定出星形膠質(zhì)細胞特異性的 Ferd3l 作為神經(jīng)退行性疾病的潛在治療候選靶點。在全腦范圍內(nèi)過表達 Ferd3l 不僅能抑制星形膠質(zhì)細胞的炎癥反應和神經(jīng)毒性激活，還在阿爾茨海默病小鼠模型中緩解了認知缺陷和反應性星形膠質(zhì)細胞介導的神經(jīng)毒性，這既證明了其神經(jīng)保護潛力，也展示了 iGOF-Perturb-seq 用于系統(tǒng)性體內(nèi)篩選治療靶點的實用性。

利用體內(nèi)GOF Perturb-seq技術(shù)構(gòu)建生理和病理條件下星形膠質(zhì)細胞轉(zhuǎn)錄因子的功能圖譜

總的來說，該研究利用 iGOF–Perturb-seq 技術(shù)在生理和病理條件下繪制了星形膠質(zhì)細胞中轉(zhuǎn)錄因子的功能圖譜，為理解健康和患病大腦中星形膠質(zhì)細胞功能的基因調(diào)控和分子機制提供了寶貴資源，同時也為識別多種腦部疾病中的潛在致病和治療靶點提供了可能。

論文鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adw2156

原標題：《Science：周海波團隊等開發(fā)體內(nèi)功能獲得性擾動測序平臺，發(fā)現(xiàn)阿爾茨海默病治療新靶點》

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