Science：周海波团队等开发体内功能获得性扰动测序平台，发现阿尔茨海默病治疗新靶点
撰文丨王聪
编辑丨王多鱼
排版丨水成文
Perturb-seq 技术能够对众多基因的遗传扰动效应进行高通量分析，揭示其调控网络和功能作用。在体内（in vivo）通过细胞类型特异性读出扩展这种方法，能够系统地剖析组织内基因型与表型的关系。星形胶质细胞（Astrocytes）对于维持大脑稳态、突触维护以及神经炎症至关重要，其受到转录因子（TF）的严格调控。然而，在体内生理和病理状态下，转录因子介导的星形胶质细胞的调控全景图，目前仍知之甚少。
最新的体内单细胞扰动技术使得在活体组织中进行基因功能研究成为可能，但这些方法目前仍局限于生理条件下的小规模功能缺失分析，限制了治疗探索的深度。
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周海波研究员、许争争博士，上海市第六人民医院郑元义教授、吴建荣副研究员及上海鲸奇生物胡新德博士作为共同通讯作者（张连升、马琪、孔祥瑞、王博、邹卫娟、吴斌为论文共同第一作者），在国际顶尖学术期刊 Science 上发表了题为：Mapping transcription factor functions in astrocytes using in vivo gain-of-function Perturb-seq 的研究论文。
该研究开发了一个名为 iGOF–Perturb-seq 的体内功能获得性扰动测序平台，用于构建约 1000 个转录因子在大脑星形胶质细胞中的功能图谱。利用该平台，研究团队鉴定了功能协同的模块，注释了未被表征的转录因子，并预测了疾病相关的转录因子簇。在小鼠神经炎症模型中进行的 iGOF–Perturb-seq 筛选，将 Ferd3l 鉴定为潜在治疗候选靶点，在星形胶质细胞特异性过表达 Ferd3l 缓解了阿尔茨海默病小鼠模型的症状。这项技术为理解体内基因调控与疾病机制、以及为不同脑部疾病寻找潜在治疗靶点提供了资源。
在这项最新研究中，研究团队开发了一个体内功能获得性（in vivo GOF）研究平台——iGOF–Perturb-seq，整合条形码开放阅读框、腺相关病毒（AAV）介导的递送以及单核 RNA 测序技术，从而能够系统性评估在活体组织中大规模基因过表达所产生的影响。
研究团队将该平台应用于小鼠大脑的星形胶质细胞，对约 1000 个转录因子（TF）进行了功能获得性（GOF）效应分析，揭示了在复杂生物学背景下调控星形胶质细胞功能的调控网络。进一步地，研究团队将该平台扩展至疾病模型小鼠，实现了体内治疗靶点的系统性筛选。
研究团队构建了一个包含约 1000 个转录因子的 AAV 介导的过表达文库，并应用 iGOF-Perturb-seq 平台，结合靶向的功能获得性（GOF）与功能缺失（LOF）验证，绘制了星形胶质细胞转录因子的功能图谱。这项大规模分析为理解转录因子如何在体内调控基因网络和细胞功能提供了宝贵资源。通过对受扰动星形胶质细胞的转录组谱进行基因表达程序分析，鉴定出了功能协同的转录因子模块，并预测了此前未被表征的转录因子的功能，从而揭示了定义体内星形胶质细胞功能的转录网络。
为了进一步阐明转录因子介导的转录网络，研究团队对所有受扰动的星形胶质细胞进行了高维加权基因共表达网络分析。该分析解析出五个分别富集于不同生物过程的共表达模块，并聚类出六组转录因子，揭示了多样化的功能获得性转录因子扰动如何对星形胶质细胞的功能性转录程序产生趋同效应。
通过将这些 Perturb-seq 数据与来自正常老年受试者及神经退行性疾病、胶质瘤和精神疾病患者的单核 RNA 测序数据集进行比较，研究团队预测了可能参与疾病进展的潜在疾病相关转录因子，并成功验证了它们的功能作用。
更重要的是，在模拟疾病条件下进行的 Perturb-seq 能够直接分析病理状态下的基因调控。例如，该研究鉴定出星形胶质细胞特异性的 Ferd3l 作为神经退行性疾病的潜在治疗候选靶点。在全脑范围内过表达 Ferd3l 不仅能抑制星形胶质细胞的炎症反应和神经毒性激活，还在阿尔茨海默病小鼠模型中缓解了认知缺陷和反应性星形胶质细胞介导的神经毒性，这既证明了其神经保护潜力，也展示了 iGOF-Perturb-seq 用于系统性体内筛选治疗靶点的实用性。
利用体内GOF Perturb-seq技术构建生理和病理条件下星形胶质细胞转录因子的功能图谱
总的来说，该研究利用 iGOF–Perturb-seq 技术在生理和病理条件下绘制了星形胶质细胞中转录因子的功能图谱，为理解健康和患病大脑中星形胶质细胞功能的基因调控和分子机制提供了宝贵资源，同时也为识别多种脑部疾病中的潜在致病和治疗靶点提供了可能。
论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adw2156
原标题：《Science：周海波团队等开发体内功能获得性扰动测序平台，发现阿尔茨海默病治疗新靶点》