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星形胶质细胞是大脑中最丰富的细胞类型之一，长期以来被视为单纯支持神经元的「配角」。然而，近年来的研究发现，这些细胞在维持脑稳态、调节突触功能和调控神经炎症中扮演关键角色，其功能异常与阿尔茨海默病、帕金森病等神经退行性疾病密切相关。尽管科学家知道转录因子是控制细胞功能的「主开关」，但面对星形胶质细胞中超过 1000 个转录因子，传统的基因功能研究方法一次只能评估少数几个；此外，在活体组织的复杂环境中进行大规模筛选更是长期以来的技术瓶颈。 2026 年 4 月 23 日，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）周海波、许争争与上海交通大学吴建荣、郑元义、上海鲸奇生物科技有限公司胡新德团队合作在在国际顶尖学术期刊 Science 发表了题为「Mapping transcription factor functions in astrocytes using in vivo gain-of-function Perturb-seq」的研究论文，该研究不仅开发了首个可在活体大脑中同时评估近千个基因功能的筛选平台，更系统绘制了星形胶质细胞转录因子的完整功能图谱，为神经疾病治疗提供了全新的潜在药物开发靶点资源。 传统基因功能研究主要采用「功能缺失」策略 —— 敲除或降低基因表达来观察表型变化。这种策略虽然能揭示基因的必要性，却难以发现具有治疗潜力的保护性因子。其原因在于，许多具有神经保护作用的基因在正常条件下表达水平较低，通过过表达增强其活性反而能发挥治疗效果。然而，在活体组织中同时过表达数百个基因并评估其效应，技术难度远超功能缺失筛选。为此，该合作团队开发的 iGOF-Perturb-seq 高通量体内筛选平台巧妙地整合了条形码开放阅读框、腺相关病毒介导的全脑递送和单细胞测序技术，成功突破了这一技术瓶颈。 为了实现体内大规模筛选，研究团队首先合成了约 1200 个带条形码的小鼠转录因子开放阅读框，每个转录因子分配唯一的身份标识。这些基因片段被包装成可穿越血脑屏障的腺相关病毒，通过尾静脉注射实现全脑递送，并借助星形胶质细胞特异性启动子确保只在目标细胞类型中表达。最终，研究团队从约 40 万个单细胞谱中筛选出 12 万多个成功过表达单个转录因子的星形胶质细胞，覆盖了 955 个转录因子。这一规模在同类研究中前所未有，更重要的是，这是首个在活体组织中进行的大规模功能获得性筛选。 进一步的研究揭示了大量调控星形胶质细胞正常功能的转录因子。例如，在突触发生方面，Zfp319、Nkx2-1 等转录因子过表达显著增加兴奋性突触密度，而 Carhsp1、Tfap2e 等则起抑制作用；在谷氨酸摄取功能上，Rora、Zfp639 等转录因子能显著增强星形胶质细胞对兴奋性神经递质的清除能力；在吞噬功能层面，Meis2 转录因子过表达不仅能增强星形胶质细胞对突触碎片的吞噬功能，体内实验还证实其能增加星形胶质细胞对神经元突触组分的摄取。因此，这些功能验证表明，筛选平台能够可靠地识别具有生理活性的转录因子。 更有意义的是，研究团队发现这些转录因子并非孤立发挥作用，而是形成功能模块协同调控特定生物学过程。通过共识非负矩阵分解算法，他们鉴定出五个共功能转录因子模块：模块一主要维持细胞身份和功能，包含 Id1、Sox2 等经典干细胞因子；模块二与神经退行性疾病相关，包含调控线粒体功能的 Tfam 和应对氧化应激的 Mafg、Maff；模块三与星形胶质细胞-神经元相互作用相关，调控星形胶质细胞对突触形成、突触修剪、神经营养支持等功能；模块四则专门调控免疫反应，包含 Tfeb、Smad3、Lef1 等炎症调控因子；模块五为癌症相关通路，富集到 p53 信号通路、MAPK 信号通路、胶质瘤相关通路等。在功能验证层面，他们发现 Maff 过表达使线粒体氧化应激水平从约 50% 飙升至约 75%，提示该模块在神经退行性变中的关键作用。 接下来，将筛选数据与公开疾病数据集进行比对后，研究团队发现了一个意料之外的关联。94 个转录因子在过表达时呈现高度相似的通路影响特征 —— 它们共同上调亨廷顿病、帕金森病、阿尔茨海默病等神经退行性疾病通路，同时下调核糖体和氧化磷酸化等基础代谢通路。这意味着这些转录因子的异常激活可能模拟了疾病状态下的转录组特征，为理解神经退行性疾病的发生机制提供了全新视角。更重要的是，这一发现也为疾病治疗指明了方向：针对这些转录因子开发抑制剂，或许能够阻断疾病进程。 因此，这项研究打破了神经科学研究中长期存在的筛选规模限制，将转录因子功能评估从「一次一个」推向「一次一千」的高通量时代，不仅提供了星形胶质细胞转录因子的功能全景图，更建立了一个可扩展的体内筛选平台，未来可应用于疾病模型中挖掘治疗靶点。此外，随着针对特定转录因子的小分子药物和基因治疗策略的开发，调控星形胶质细胞功能有望成为治疗神经退行性疾病的新途径。 不过，当前研究仍存在局限。病毒递送效率约 10%，未能覆盖所有星形胶质细胞；过表达水平与生理状态可能存在差异；筛选在健康小鼠中进行，可能遗漏疾病特异性的转录因子功能等。在未来，更多的研究需在神经退行性疾病模型中重复筛选，并验证候选转录因子在治疗中的有效性和安全性。 原文链接： https://doi.org/10.1126/science.adw2156
