白质：老化大脑中最脆弱的”沉默地带”
人类大脑随着年龄增长而发生的最令人不安的变化之一，并非来自灰质中神经元的批量凋亡，而是来自白质——那些由髓鞘包裹的神经纤维束组成的”信息高速公路”。这些白质纤维束，特别是连接海马体与丘脑、下丘脑和扣带回的穹窿-伞部（fimbria-fornix），在老化过程中表现出最为显著的解剖学和功能改变。影像学研究早已提示，白质的损伤可能先于灰质出现，构成认知衰退早期的”皮质-边缘功能障碍”。
然而，这些区域为什么会如此脆弱？哪些具体的细胞类型和分子通路在驱动这种选择性退化？7月13日发表于 Nature Aging 的一项研究给出了新的答案。来自梅奥诊所的Marissa J. Schafer团队利用三种空间组学平台——成像质谱流式（IMC）、GeoMx数字空间轮廓分析（DSP）和CosMx空间分子成像（SMI）——结合经典的基因表达分析和免疫标记技术，在自然衰老的小鼠模型中系统性地鉴定了大脑白质中一类独特的、仅出现在老年大脑中的小胶质细胞亚群，并证明了通过衰老细胞清除疗法（senotherapeutics）可以部分逆转这一衰老表型。
三类技术、一个结论：衰老与疾病相关表型在小胶质细胞中”合流”
小胶质细胞是大脑固有的免疫细胞。在衰老和神经退行性大脑中，这些细胞会失去其稳态功能，转而进入一种被称为”疾病相关小胶质细胞”（Disease-Associated Microglia, DAM）的激活状态。与此同时，部分小胶质细胞还会进入细胞衰老（cellular senescence）——一种不可逆的细胞周期停滞伴有促炎分泌表型（SASP）的状态。这两种表型是否重叠、在何处重叠、是否可被干预，一直是该领域的关键问题。
本研究首先通过常规RT-PCR在显微切割的海马灰质与白质（穹窿-伞部及胼胝体）中检测衰老相关基因和DAM基因的表达。结果清晰无误：在老年雌雄小鼠中，关键的衰老标志物 p16ink4a、Cdkn2a 和半乳糖凝集素-3（Lgals3/GAL3），以及DAM标志物 Apoe、Trem2、Tyrobp 等在白质中的表达显著高于海马灰质，更高于小脑。
进一步的免疫荧光染色显示，GAL3+细胞在老年小鼠大脑中广泛分布于多个边缘区域，尤其密集地聚集在白质束中。在老年穹窿-伞部，GAL3信号几乎完全与髓系/小胶质细胞标志物IBA1共定位，而不与星形胶质细胞标志物GFAP重叠。这说明，GAL3的表达是这些白质小胶质细胞的特异性特征。
IMC技术则以1微米的空间分辨率同时检测10种蛋白质标志物。数据显示，穹窿-伞部中的髓系细胞表达更高水平的IBA1、GAL3、CD38、uPAR、dPP4和CD45，而海马中的髓系细胞则表达更高水平的稳态标志物CX3CR1。在穹窿-伞部中进一步区分GAL3+和GAL3-细胞后发现，GAL3+细胞富集了uPAR和CD38等衰老相关蛋白——这些蛋白正是新兴的免疫治疗靶点。
GeoMx DSP作为全转录组空间表达谱分析工具，进一步比较了海马与穹窿-伞部的IBA1+小胶质细胞。铁蛋白重链（Fth1）、组织蛋白酶S（Ctss）和载脂蛋白E（Apoe）等经典的衰老/DAM基因，以及Ccno和Sesn3等新发现的基因，均在穹窿-伞部小胶质细胞中富集。当直接在穹窿-伞部内比较IBA1+GAL3+与IBA1+GAL3-细胞时，Apoe是差异表达最为显著的基因——在GAL3+细胞中高度上调。
CosMx单细胞空间图谱：一个仅在老年大脑中存在的小胶质细胞”第10簇”
CosMx SMI是本研究中最具分辨率的技术手段。研究团队开发了一个包含102个衰老相关基因的”SenBrain”探针组，结合950重的小鼠神经科学panel，在单细胞水平上分析了海马体、胼胝体、穹窿-伞部、皮层、丘脑和脉络丛中的小胶质细胞转录组特征。
在第一组实验（仅4只24月龄雌鼠）中，2620个小胶质细胞聚类为9个亚群。其中，第7簇（cluster 7）表现出最高的SenBrain模块评分，同时富集了DAM基因和多个衰老功能域——包括细胞周期调控、核应激、SASP、抗凋亡通路（SCAP）、细胞器应激和细胞表面标志物。这一亚群主要定位于白质区域。
第二组实验更为关键：纳入4只年轻（4月龄）和4只老年（24月龄）雌鼠，共获得2927个小胶质细胞，聚类为15个亚群。有三种细胞亚群——第3、第10和第15簇——在年轻大脑中几乎不存在或极为罕见。其中最引人注目的是第10簇（cluster 10）：这是一个仅存在于老年大脑的细胞群体，表达最高水平的DAM基因（Apoe、Axl、Cd9、Clec7a、Cst7、Ctsb、Ctsd、Gpnmb、Itgax、Lgals3、Lpl、Mmp12、Spp1、Tyrobp等）和多个SenBrain衰老功能域，特别是SASP、细胞器应激和细胞表面重塑。
最重要的是，第10簇小胶质细胞虽然在白质和灰质中均有分布，但高度富集于白质，尤其是穹窿-伞部和胼胝体。与之相邻的”接触追踪”基因模块分析也证实，这些细胞附近存在大量少突胶质细胞转录本（Mbp、Mobp），与其白质中的解剖定位完全吻合。
研究团队还利用Harmony批次校正将两组CosMx数据整合——来自总共9只老年和4只年轻小鼠的小胶质细胞重新聚类后，第6簇（c6）的分子特征与前述第7簇/第10簇高度一致，证实衰老/DAM小胶质细胞表型是一个跨数据集可稳定复现的保守特征。
细胞命运轨迹：始自稳态小胶质细胞，途经多个过渡站，终抵衰老DAM状态
为了理解这些衰老DAM小胶质细胞从何而来，研究团队应用Monocle3进行拟时序（pseudotime）轨迹推断。以稳态小胶质细胞（第1簇）为起始点，细胞沿着第1簇-第13簇-第3簇-第10簇的轨迹逐渐失去稳态特征，同时上调DAM和衰老基因。当以第10簇为根节点进行反向推断时，发现存在三条可能的路径：一条通往少突胶质细胞/室管膜细胞相关的第15簇和第8簇，一条通往脉络丛相关的第9簇，一条回到DAM-稳态混合的第13簇并继续向神经元相关的稳态第1簇延伸。
这些数据提示，衰老DAM小胶质细胞可能来源于多条分子轨迹：稳态小胶质细胞在应答微环境应激后逐渐转为DAM状态，继而进入衰老程序；白质驻留的小胶质细胞在与浸润性免疫细胞和血脑屏障细胞的通讯中被”外周信号”激活；或者，持续的髓鞘碎片吞噬引发的溶酶体超负荷将DAM推向不可逆的衰老状态。
衰老细胞清除疗法：GAL3+ DAM显著减少，小胶质细胞回归年轻形态
研究的核心转化意义在于干预验证。研究团队使用了两种衰老细胞清除策略：一是p16-InkAttac转基因小鼠模型，通过AP20187诱导p16+衰老细胞凋亡；二是BCL2抑制剂venetoclax，一种已在临床上用于血液肿瘤的靶向药物。
在老年雌性小鼠中，AP20187显著降低了白质中p16ink4a的表达，而venetoclax则降低了Lgals3的表达。两种治疗均降低了Trem2、Tmem173和Tyrobp等DAM标志物的转录水平。雄性小鼠中的效果则更为异质性。
在对穹窿-伞部的免疫荧光分析中，老年对照组的小胶质细胞密度更高、细胞体更大，且细胞长轴与神经纤维束的排列角度更小（即更紧密地沿纤维方向排列），提示活化小胶质细胞正在紧密包裹这些白质纤维束。AP20187治疗将小胶质细胞密度恢复至年轻水平，两种治疗均减小了细胞体尺寸。AP20187还显著改变了小胶质细胞与纤维束的排列角度，使其趋向于年轻小鼠更为分散的组织模式。
主成分分析（PCA）将多种形态学参数整合为微胶质细胞表型综合指数，结果显示：老年对照组细胞明显偏离年轻组；AP20187和venetoclax治疗均将小胶质细胞的形态特征向年轻化方向显著推移。
针对GAL3+和APOE+细胞的定量分析同样令人振奋。老年小鼠穹窿-伞部中GAL3+细胞所占面积和比例均显著高于年轻小鼠，AP20187和venetoclax均显著降低了这些指标。AP20187甚至降低了残存GAL3+细胞内的GAL3荧光强度。对于APOE+细胞——其在GAL3+细胞中高度富集——两种senotherapeutics均降低了APOE荧光强度，减少了APOE与IBA1或GAL3的共定位比例，并改变了APOE+细胞在白质中的空间分布，使其更加分散。
值得注意的是，两种药物的作用机制存在差异：AP20187靶向p16+细胞，主要减少了GAL3+DAM的数量和GAL3表达强度；venetoclax靶向BCL2抗凋亡通路，同样减少了GAL3+DAM的数量，但对残存细胞的GAL3强度影响较小，这提示两种疗法可能作用于衰老DAM轨迹上的不同节点。
GAL3——连接溶酶体应激、衰老与白质退化的分子枢纽
GAL3（由Lgals3编码）在整个研究的多个层面上反复出现。这种β-半乳糖苷结合蛋白在应激溶酶体膜上形成斑点状聚集体，是溶酶体膜通透化的经典标志。衰老细胞的一个核心特征正是溶酶体质量增加、pH改变和溶酶体损伤。在老化的大脑中，白质小胶质细胞持续吞噬髓鞘碎片和脂质丰富的细胞残骸，这一过程可能导致溶酶体超负荷和慢性应激，进而触发GAL3的积累。
研究团队指出，GAL3可能是连接DAM程序与细胞衰老程序的分子枢纽——持续的吞噬负荷推进了从保护性DAM向促炎性衰老DAM的转变。这一模型与同期多项研究相呼应：一项关于局灶性脱髓鞘的研究发现，衰老样髓系细胞在损伤区域上调Lgals3、Spp1等标志物；另一项示踪研究揭示，表达Spp1的DAM在衰老大脑中不可逆；还有研究显示，表达衰老和DAM标志物的小胶质细胞抵抗清除并招募CD8+T细胞，驱动白质变性。
结论与展望：衰老DAM——白质老化干预的”可逆窗口”
本研究以多平台空间组学为工具，构建了小鼠大脑白质小胶质细胞衰老的高分辨率图谱，其核心贡献在于：首次在单细胞空间分辨率上证明，衰老和DAM表型在小胶质细胞中深度融合，形成一个以GAL3为标志、在白质中高度富集、并在老年大脑中独占的细胞状态；揭示了这一状态至少部分可逆——系统性衰老细胞清除策略可显著减少其丰度并恢复年轻化的微胶质细胞组织和形态。
当然，研究也坦诚地指出了若干局限：CosMx对低丰度转录本（如Cdkn2a/p16ink4a）的检测不够敏感；senotherapeutics可能同时作用于大脑和外周的其他衰老细胞类型，其对小胶质细胞的直接影响尚需细胞特异性干预加以验证；雌性动物的效应更为显著，性别差异的机制有待阐明；穹窿-伞部毗邻脉络丛和侧脑室，可能受到的循环和外周因素影响更大，使其既更脆弱也更易被药物干预。
尽管如此，这一研究将衰老生物学、神经免疫学和空间转录组学有力交叉，为理解大脑白质选择性老化的细胞基础提供了关键证据，也为开发针对年龄相关认知衰退的精准干预策略指出了明确方向。