前言 题目 ：Single-cell analysis of the aging female mouse hypothalamus 日期 ：2022-07-04期刊 ：Nature AgingDOI ：https://doi.org/10.1038/s43587-022-00246-4
摘要 新陈代谢、睡眠模式、身体成分和荷尔蒙状态的改变都是衰老的关键特征。虽然下丘脑控制着这些稳态和生存相关的行为，并且是一个相对完好的大脑区域，但人们对下丘脑衰老的内在特征知之甚少。
作者对年轻和年老雌性小鼠的 40,064 个下丘脑核进行了单核 RNA 测序（snRNA-seq），确定了神经元亚型以及星形胶质细胞和小胶质细胞中衰老的细胞类型，发现了代谢调节和身体成分相关的细胞类型的变化，以及与认知相关的下丘脑区域的变化。分析还揭示了下丘脑衰老的一个有趣的女性特有特征：在下丘脑神经元中，X 失活的主要调节因子Xist ，随着年龄的增长而升高。
衰老小鼠下丘脑的单核测序 目前对成年哺乳动物大脑中细胞类型进行单细胞分析的最佳方法就是snRNA-seq。作者从年轻（3 个月）和老年（19-24 个月）雌性小鼠的下丘脑中分离出细胞核，每个年龄段有四个重复文库。经过质量过滤后，获得了 40,064 个用于分析的高质量细胞核：分别来自年轻和老年动物的 16,256 和 23,808 个细胞核。
聚类分群得到了：
neurons were defined by expression of Syt1 astrocytes defined by Agt and Gja1 oligodendrocytes by Olig1 and Plp1 expression oligodendrocyte precursor cells (OPCs) were identified by expression of Pdgfra The microglia and macrophage clusters were defined by expression of C1qa and distinguished by higher expression of Tmem119 and P2ry12 in the microglia cluster Less abundant cell types were also observed, including ependymocytes (ependymal cells; Ccdc153 ), pericytes (Flt1 ), endothelial cells (Clnd5 ) and vascular and leptomeningeal cells (VLMCs; Slc6a13 ) 下丘脑特有细胞：a distinct cluster of tanycytes , which are specific to the hypothalamus and defined by Rax 另外，SCENIC调节网络分析发现，Dbx2 调节元件在星形胶质细胞簇中高度富集，而 Atf2 和 Creb3l1 调节子在神经元中富集。
主要细胞类型的基因表达随着年龄变化 作者研究了下丘脑主要细胞类型随年龄增长而发生的基因表达变化。使用model-based analysis of single-cell transcriptomics (MAST)进行差异分析，得到275 和 342 个随年龄上调和下调的基因。
之后研究了年龄对每种主要细胞类型中基因表达的影响。神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞和小胶质细胞随着年龄的增长显示出最多数量的差异基因。发现年龄之间存在显著差异，几乎所有类型都随着年龄的增长而增加。
GSEA分析发现：
星形胶质细胞缺乏与胆固醇稳态相关的基因，这与之前的研究一致，表明衰老的下丘脑星形胶质细胞中胆固醇合成基因的表达减少 小胶质细胞和巨噬细胞在大脑中起着免疫细胞的作用：巨噬细胞富含白介素 IL-2 STAT5 信号、IL-6 JAK STAT3 信号和炎症反应的基因。小胶质细胞富含与干扰素-α 反应和干扰素-γ 反应相关的基因，并且随着年龄增长而降低了氧化磷酸化基因表达 老化下丘脑小胶质细胞的轨迹分析 小胶质细胞是遍布大脑和脊髓的一种神经胶质细胞 。这些细胞作为大脑中的巨噬细胞，在中枢神经系统（CNS）中作为免疫防御的第一线发挥着重要作用，涉及的过程包括细胞因子和趋化因子的释放、抗原呈递和碎片的吞噬作用。
Monocle3对来自小胶质细胞和巨噬细胞簇的细胞核进行了轨迹分析，试图揭示从年轻细胞核到衰老细胞核的转变。发现这种细胞类型逐渐走向衰老，并且衰老细胞核的比例显着增加。
X失活基因的表达随着年龄的增长而改变 作者发现长链非编码 RNA Xist 是女性下丘脑中随年龄增长最显著上调的基因之一。
每种主要细胞类型的差异表达分析表明Xist 在星形胶质细胞、巨噬细胞、小神经胶质细胞、神经元、少突胶质细胞和纵长细胞中随着年龄的增长而上调。另外还观察到Xist 在衰老海马体中的上调。
作者还使用从不同大脑区域（下丘脑、小脑、皮质和嗅球）的组织样本中提取的 RNA验证了Xist 的上调。值得注意的是，尽管Xist 在所有大脑区域都呈上升趋势，上调仅在女性下丘脑中达到显著水平，揭示了女性下丘脑衰老的特征。
神经元亚群随着年龄的增长表现出明显的转录表达变化 作者做了每个cluster的DEG和GSEA分析：
参与进食和能量稳态的cluster随着年龄的增长而显著改变：15. Cartpt/Pmch, 34 DEGs; 29. Sst/Npy, 65 DEGs; and 31. Pomc/Tac2, 42 DEGs 在 Pomc/Tac2 cluster (31) 中发现的许多表达变化中，有一个有趣的Pcsk1n下调。Pcsk1n编码前蛋白转化酶枯草杆菌蛋白酶/kexin 1 型抑制剂，也称为 proSAAS，一种抑制其他神经肽（如 POMC）加工的前肽；该基因在表达Cartpt (Cartpt/Ebf1) 的一组神经元中也被下调 值得注意的是，在不同的Cartpt存在表达的cluster中，该基因随着年龄的增长而上调，表明神经肽加工途径随年龄的变化是细胞类型特异性的。 神经肽基因表达的变化也很明显，Sst/Npy cluster中Agrp的上调，Cartpt /Ebf1中 Cartpt 的上调和两个Cck + clusters中Cck的下调 （Synpr/Tafa1和Rnf220/Ntng1）。因此，作者将下丘脑神经元特异性基因表达变化与机体衰老的关键特征（例如体重和代谢变化）联系了起来。 GSEA 揭示了存在与阿尔茨海默氏病、心肌收缩、亨廷顿舞蹈病、氧化磷酸化、帕金森氏病和核糖体相关的基因的富集 小结 发现了大脑中的主要细胞类型，以及下丘脑特有的细胞类型 揭示了女性大脑中一个未被探索的衰老特征——Xist 
