Nature Communications｜同济医院田代实/秦川教授团队揭示硬脑膜B细胞-小胶质细胞互作驱动缺血性白质损伤新机制

近日，华中科技大学同济医学院附属同济医院田代实教授、秦川教授团队在Nature Communications（IF=18.1）发表了题为“Compartmentalized B cell-microglia crosstalk drives ischemic white matter demyelination” 的研究论文。该研究聚焦缺血性白质损伤及血管性认知障碍中的神经免疫机制，整合人脑脊液单细胞转录组测序、小鼠多组织单细胞转录组、10x Visium HD空间转录组等多维技术，系统揭示了硬脑膜B细胞与脑内小胶质细胞之间的跨区室互作网络。

缺血性白质损伤是血管性痴呆的主要病因，但既往研究多聚焦于脑内的小胶质细胞，忽略了硬脑膜这一CNS边界区域中驻留的B细胞。本研究直击两个问题：缺血如何遥控硬脑膜B细胞？被激活的B细胞又如何反噬脑白质？

研究发现，缺血低氧激活的小胶质细胞通过MIF-CD74/CXCR4轴募集硬脑膜B细胞，后者在硬脑膜形成TLS样免疫生态位并分化为IgG分泌细胞；分泌的IgG随后作用于脑内小胶质细胞FcγRs，驱动SREBP1相关的脂质代谢重编程和铁死亡，最终加重白质脱髓鞘与认知功能障碍。烈冰生物参与本项目单细胞转录组与空间转录组的测序实验及数据分析工作。

01 研究设计

临床队列与样本设计：研究首先纳入19例缺血性白质损伤患者，依据MRI Fazekas评分分为低病变负荷组（≤3分，n=9）和高病变负荷组（≥4分，n=10）。对患者脑脊液细胞进行单细胞转录组测序，并结合Fazekas评分、CSF IgG水平及B细胞功能评分，系统分析CNS免疫细胞变化与白质病变严重程度之间的关联。

患者脑脊液单细胞转录组测序实验设计示意图

动物模型与实验策略：采用BCAS双侧颈总动脉狭窄模型模拟慢性脑低灌注，设置Sham、BCAS 1个月和3个月等多个时间点，比较脑实质、硬脑膜、外周血和脾脏的免疫细胞动态变化。进一步对小鼠胼胝体、硬脑膜、血液和脾脏的CD45⁺细胞进行单细胞测序，并结合遗传性B细胞清除（CD19-DTR）、抗CD19/抗CD20抗体处理、小胶质细胞特异性Mif和FcγRs敲低（Cx3cr1CreER介导）、MIF抑制剂（ISO-1）以及IgG回输等实验进行功能验证。

小鼠多组织CD45⁺免疫细胞单细胞测序实验设计示意图

多组学技术路线：在空间层面，对2只BCAS 1个月小鼠的8张硬脑膜连续切片进行10x Visium HD空间转录组分析，并利用SLAT和STAligner完成小鼠硬脑膜的空间3D重构，精准定位硬脑膜中B细胞的空间分布与免疫聚集区。

硬脑膜空间转录组实验设计与3D重建流程示意图

02 研究结果

1. CNS B细胞扩增与缺血性白质损伤程度呈正相关

患者CSF单细胞（scRNA-Seq）数据显示，高Fazekas评分组B细胞比例显著增加，且B细胞丰度及其活化评分均与白质病变严重程度呈正相关。BCAS小鼠模型中进一步发现，B细胞并未明显浸润脑实质，而是主要在硬脑膜中显著扩增，且硬脑膜B细胞比例与髓鞘损伤程度密切相关，提示CNS边界区域的B细胞可能在慢性低灌注过程中发挥重要作用。

图1 患者CSF中B细胞比例与Fazekas评分的相关性分析

通过遗传性（CD19-DTR）或药理性（抗CD19/抗CD20抗体）清除B细胞后，小鼠白质损伤、小胶质细胞激活和认知功能障碍均明显改善。值得注意的是，硬脑膜B细胞清除效率与白质修复程度及小胶质细胞失活程度呈显著正相关，证实硬脑膜B细胞并非疾病伴随现象，而是缺血性白质损伤的重要致病因素。

图2 B细胞清除可改善白质损伤、小胶质细胞激活及认知功能

2. 小胶质细胞通过MIF-CD74/CXCR4轴募集硬脑膜B细胞

为解析脑实质与硬脑膜之间的跨区室通讯机制，研究者首先对患者CSF中的microglia-like细胞与B细胞进行CellChat分析。在众多配体-受体对中，MIF-CD74/CXCR4被赋予最高的相互作用概率，表明该轴是介导两者通讯的核心通路。小鼠多组织单细胞数据同样证实，BCAS后小胶质细胞MIF表达显著升高，而硬脑膜B细胞高表达CD74/CXCR4。

进一步通过AAV介导特异性敲低小胶质细胞Mif或使用MIF抑制剂ISO-1后，硬脑膜B细胞积聚显著减少，同时白质损伤和认知障碍得到改善。这些结果明确表明，缺血激活的小胶质细胞可通过MIF信号远程募集脑膜B细胞，揭示了脑实质与CNS边界之间的第一条免疫通讯桥梁。

图3 MIF-CD74/CXCR4轴的鉴定及功能验证

3. 空间转录组揭示硬脑膜形成TLS样免疫生态位

利用10x Visium HD对BCAS小鼠硬脑膜连续切片进行空间转录组（Spatial Transcriptomics）分析，结果显示B细胞并非随机散在分布，而是在硬脑膜内形成多个空间局限的免疫细胞聚集区。这些区域富集Ighm、Jchain、Cd19、Bcl6、Mki67等B细胞、浆细胞及淋巴组织相关基因。

TLS signature评分和细胞组成分析进一步表明，这些区域同时富集B细胞、浆细胞、T细胞、内皮细胞和髓系细胞，并显著富集免疫球蛋白产生、体液免疫、趋化及炎症相关功能通路。这提示慢性脑低灌注可在硬脑膜建立支持B细胞活化和分化的TLS样免疫生态位，为B细胞在CNS边界的局部扩增和功能转化提供了结构基础。其中，基于STAligner的多切片三维重建，是精准识别这些免疫聚集区空间边界的关键技术支撑。

图4 硬脑膜连续切片空间转录组揭示TLS样生态位（免疫细胞聚集区、TLS评分、细胞表型及功能富集）

4. 硬脑膜B细胞向IgG分泌型浆细胞分化

对硬脑膜、血液和脾脏中的B细胞进行重聚类分析，共鉴定出8个B细胞亚群，其中B8-pc-Jchain浆细胞亚群在硬脑膜中显著富集。流式细胞术和免疫荧光进一步证实，BCAS后硬脑膜CD138⁺浆细胞显著增加（1个月达到峰值），其丰度与白质损伤程度呈正相关。

功能分析（GSEA/GSVA）显示，BCAS后硬脑膜B细胞中与B细胞活化、分化和免疫球蛋白产生相关的通路显著增强，表明硬脑膜TLS样生态位不仅促进B细胞聚集，还推动其向抗体分泌型细胞分化。

图5 硬脑膜浆细胞亚群鉴定、动态变化及与白质损伤的相关性

5. B细胞来源的IgG是连接硬脑膜免疫与脑白质损伤的关键效应分子

在患者中，CSF IgG水平与Fazekas评分显著正相关，B细胞免疫球蛋白产生及IgG同种型转换相关功能评分亦与小胶质细胞活化程度相关。小鼠模型中同样观察到CSF IgG升高及白质区域IgG沉积，提示硬脑膜B细胞产生的IgG可能通过CSF及受损的血脑屏障进入脑实质。

为直接验证IgG的功能，研究者在B细胞清除小鼠（CD19-DTR）中通过脑室输注重组IgG。结果显示，补充IgG后白质损伤、小胶质细胞活化和认知功能障碍再次加重，直接证明IgG是硬脑膜B细胞向脑实质传递致病信号的关键效应分子。

图6 CSF IgG水平与疾病严重程度的相关性及IgG回输实验验证

6. IgG通过FcγRs诱导小胶质细胞氧化应激和铁死亡

单细胞分析显示，FcγRs（Fcgr1、Fcgr3、Fcgr4）主要富集于小胶质细胞。BCAS后出现显著扩增的M6炎症性小胶质细胞亚群，该亚群高表达FcγRs，并富集铁死亡、氧化应激、线粒体功能障碍及脂肪酸生物合成等相关通路。将小鼠小胶质细胞亚群映射至患者CSF microglia-like细胞中，同样观察到类似的M6-like状态。

IgG刺激小胶质细胞后，可导致LDH释放增加、ROS升高、线粒体膜电位下降及超氧化物积累、脂质过氧化及Fe²⁺蓄积；透射电镜显示线粒体空泡化增多、嵴增宽。而通过AAV介导特异性敲低小胶质细胞FcγRs后，上述异常及白质损伤均明显减轻，证实IgG-FcγRs信号可直接驱动小胶质细胞铁死亡。

图7 IgG通过FcγRs诱导小胶质细胞铁死亡的体外及体内证据（M6亚群、线粒体损伤、ROS、脂质过氧化、Fe²⁺及敲低验证）

7. 转录组联合脂质组锁定SREBP1介导的脂质代谢重编程

为阐明IgG诱导小胶质细胞铁死亡的分子机制，研究对IgG处理的小胶质细胞分别进行了转录组测序（bulk RNA-seq）和非靶向脂质组学分析，发现甘油三酯（TG）和磷脂酰乙醇胺（PE）等易过氧化脂质显著增加。整合脂质组与转录组数据，锁定关键脂质代谢调控因子SREBP1，Western blot证实IgG可上调其前体和成熟形式表达。

机制实验进一步揭示，IgG通过FcγRs-SYK-PI3K-AKT-mTOR-SREBP1信号轴促进脂质代谢重编程和脂质过氧化；敲低SREBP1或使用SYK抑制剂R406均可有效减轻铁死亡相关指标。由此，研究完成了从B细胞免疫信号到小胶质细胞代谢损伤的完整机制闭环。

图8 IgG通过FcγRs-SYK-PI3K-AKT-mTOR-SREBP1轴调控小胶质细胞脂质代谢和铁死亡（脂质组、SREBP1验证、敲低及抑制实验）

03 研究意义

本研究首次系统构建了一个跨CNS区室的神经免疫反馈模型：缺血低氧激活脑内小胶质细胞，后者通过MIF-CD74/CXCR4轴募集硬脑膜B细胞；硬脑膜形成TLS样免疫生态位并促进B细胞向IgG分泌细胞分化；IgG再反向作用于脑内小胶质细胞，经FcγRs-SYK-PI3K-AKT-mTOR-SREBP1通路诱导脂质代谢重编程和铁死亡，最终加重白质脱髓鞘与认知障碍。这一研究将CNS边界免疫、B细胞体液免疫、小胶质细胞代谢和铁死亡机制有机串联，为B细胞、MIF、FcγRs及脂质代谢相关通路作为潜在干预靶点提供了坚实的理论依据。

从技术路线来看，该研究充分体现了单细胞与空间多组学在复杂疾病机制研究中的协同价值：人CSF单细胞数据首先锁定疾病相关B细胞，多组织单细胞转录组进一步解析跨区室细胞通讯，Visium HD空间转录组精准定位硬脑膜TLS样生态位，转录组与脂质组联合深入挖掘小胶质细胞代谢机制，最后结合遗传和药理学实验完成因果验证。整个研究实现了从“关键细胞发现→细胞互作解析→空间生态位定位→分子机制挖掘→功能因果验证”的完整闭环。

此外，本研究对BCAS小鼠硬脑膜这一特殊组织的单细胞解离和空间转录组切片制备也提供了可供借鉴的方法学经验。围绕此类复杂疾病机制研究，烈冰生物可提供单细胞和空间多组学的实验及多组学联合分析的一体化服务，从细胞亚群精细注释、细胞通讯、功能状态和跨样本比较，到空间区域识别、空间生态位解析、多组学关联及机制线索挖掘，全方位助力研究者将组学结果从“描述性图谱”推进至“可验证的机制假设”。

参考文献

Xu L, Yang S, Zhu L, et al. Compartmentalized B cell-microglia crosstalk drives ischemic white matter demyelination. Nature Communications. 2026. DOI: 10.1038/s41467-026-76817-5