少突胶质前体细胞（OPCs）与年龄相关的变化会促进白质功能障碍。在老年小鼠中，我们假设髓鞘密集的纤维束OPCs具有特定区域的特性，与海马区OPCs相比有所不同。老年纤维束OPCs数量减少、体积增大，并且靠近邻近的小胶质细胞。我们发现，随着年龄增长，表达 p16/Cdkn2a 的OPCs增加，这些OPCs富含与衰老相关的通路，并且在海马区和纤维束之间存在不同的衰老特征。老年大脑中的OPC群体在微环境特性和对衰老定向干预的反应方面有所不同。
高效神经系统功能依赖于髓鞘丰富的纤维网络的维持，通过这些网络，高速通信在整个大脑中传播。随着年龄的增长，白质完整性的破坏与认知和神经功能的逐渐下降有关。OPCs是分化为少突胶质细胞（OLGs）的祖细胞，后者负责髓鞘化神经纤维。新兴证据表明，在发育后，区域定义的OPCs表现出多样化的功能状态。白质驻留的OPCs比灰质定位的细胞更密集，增殖和分化的容量更大。OPCs的动态特性也反映在其形态上，其中稳态状态下表现为双极或多分支表型，而较大的变形虫样形态与疾病状态相关。尽管OPCs的稳态作用已有详细描述，但其在不同脑区的衰老影响仍不清楚。重要的是，脑内特定区域如白质中积累的促衰老应激源可能触发OPCs及其邻近细胞网络的功能转变，这可能是多模态功能障碍的基础。例如，小胶质细胞作为脑内驻留的髓系细胞群，与OPCs相互作用以促进髓鞘发育和修复。我们和其他人已经证明，在老年白质中，小胶质细胞具有疾病相关和衰老的身份，这可能扰乱局部微环境。衰老是一种以稳定的细胞周期停滞、形态变化和促炎分泌表型为特征的老化细胞命运，这种现象在不同类型的大脑细胞中均有表现，包括OPCs。OPCs亚群在衰老和阿尔茨海默病模型中显示出DNA损伤增加、衰老相关β-半乳糖苷酶活性升高或衰老基因（包括细胞周期依赖性激酶抑制剂 Cdkn2a/p16 和 Cdkn1a/p21 ）表达上调。因此，我们假设OPCs在衰老过程中表现出区域特异性表型，衰老OPCs亚群随年龄增长而积累，药理遗传靶向 p16 阳性衰老细胞可改变OPCs的年龄相关特性。
为了探究不同脑区OPCs的衰老表型，我们评估了年轻和老年小鼠髓鞘密集的纤维束（FIM）和海马齿状回（DG）中PDGFRα+ OPCs的免疫荧光特性（补充图1）。在纤维束驻留的OPCs中（图1a, b），我们发现了多个细胞大小参数的年龄相关增加（图1c，补充表1）。与这些形态变化一致的是，老年小鼠纤维束中的OPC密度显著降低（减少了42%），相对于年轻小鼠（图1d）。对单个OPCs最近的小胶质细胞邻居的分析显示，与年轻纤维束相比，老年纤维束中的距离更近（图1e）。在海马齿状回中，我们未检测到年轻和老年OPCs之间的形态差异（图1f-1h）。然而，类似于纤维束，老年小鼠DG中的OPC密度降低（图1i）。接近分析未显示老年小鼠DG中OPCs相对于小胶质细胞的位置发生年龄相关变化（图1j）。
为了确定老年大脑中OPCs亚群是否发展出分子衰老谱型，我们分析了一个公开的单细胞RNA测序数据集，该数据集来自年轻（2-3个月）和老年（21-22个月）小鼠的大脑。我们通过无偏聚类鉴定了2319个OPCs（Pdgfr α, Ptprz1 , Cspg5 阳性细胞；图2a）。在所有脑细胞类型中，OPCs、成熟少突胶质细胞和小胶质细胞构成了表达 p16 细胞的最大亚群（图2b，补充图2a）。我们观察到，与年轻小鼠相比，老年小鼠中表达 Cdkn2a/p16 的OPCs的平均数量和百分比增加（图2b, c，补充图3）。此外，OPCs中有8个细胞共表达 p16 和 p21 ，占所有细胞类型的24个细胞（图2d；补充图2b, c）。为了探索功能基因特征，我们对 p16 + OPCs中差异表达的基因进行了通路分析（IPA）。最显著激活的经典通路包括衰老、细胞周期调节和蛋白质代谢通路（图2e）。接下来，我们鉴定出在 p16 + （Cdkn2b, Meox1）和老年OPCs（Serpina3n, Nol3, Skap2）亚群中富集的标记物，这些标记物具有与衰老相关的细胞功能（补充图2d）。与年轻动物相比，这些基因在转录本每百万倍变化（图2f a）和表达个别标记物的OPCs百分比（图2f aa）中显示出相对增加。我们还发现，个体OPCs中所有五个标记物的平均表达量在老年时显著增加（图2g, h）。这些转录组分析表明，一个 p16 + OPC亚群具有分子衰老特征，其相对丰度随着年龄的增长而增加。
为了研究OPCs衰老和衰老标志物的区域定位，我们解剖了年轻和老年小鼠的海马体及其相邻的白质纤维束和胼胝体，通过RT-PCR表征基因表达特征（图2i）。在老年海马体中，我们观察到 Meox1 表达显著增加（1.68倍），相对于年轻对照组。在老年白质中，Serpina3n （2.47倍增加）和 Nol3 （1.15倍增加）的表达水平较高，相对于年轻对照组。有趣的是，Skap2 在老年小鼠的海马体（1.3倍增加）和纤维束（1.2倍增加）中的表达显著高于年轻小鼠。灰质和白质隔室中独特和共享的年龄和衰老相关转录变化的存在表明OPCs亚群的不同特征及其对衰老定向干预的潜在响应性。
为了验证靶向衰老细胞是否可以调节定位在不同白质和灰质生态位中的OPC群体，我们使用了 p16-InkAttac 小鼠模型，在该模型中，用AP20187（AP）处理的小鼠经历 p16 表达细胞的系统性凋亡。我们之前已经证明，与认知衰退相关的老年小鼠大脑中衰老转录特征的上调在雌性小鼠中更为明显，这促使我们关注衰老OPC群体在老年雌性小鼠DG和纤维束中的清除效果（图3）。在老年纤维束中（图3a, b），AP处理减少了多个OPC细胞大小参数，有效将形态测量值恢复到接近年轻大脑的水平（图3c；补充表2，图1c）。尽管AP处理小鼠纤维束中的OPC密度不变（图3d），但在清除衰老细胞后，OPCs与小胶质细胞的距离变远，相对于未经处理的小鼠（图3e）。相比之下，位于DG的OPCs对AP处理无反应，如形态、密度或与小胶质细胞的接近度未发生变化所示（图3f-3j）。
需要注意的是，OPC和小胶质细胞在衰老和干预后的接近度变化可能是由于任何一种细胞的数量和/或定位的改变。为了更好地理解OPC和小胶质细胞接近度的动态关系，我们通过模拟实验数据中观察到的OPC和单独分析老年小鼠纤维束中小胶质细胞的密度和大小范围，创建了一个伪分布细胞图（补充图4）。我们模拟了从年轻（低密度）到老年（高密度）的小胶质细胞密度范围，发现仅增加小胶质细胞密度就会减少OPC与小胶质细胞之间的距离。接下来，我们模拟了老年小鼠纤维束中接受载体或AP处理的实验数据条件，并确认AP处理后小胶质细胞密度的降低对应于OPC与小胶质细胞之间距离的增加。因此，老年大脑中小胶质细胞的衰老治疗控制可能解释了OPC与小胶质细胞之间接近度的变化。
总的来说，我们的结果支持以下假设：边缘白质定位的OPCs比灰质中的OPCs更容易受到与年龄相关的组成变化的影响。老年纤维束驻留的OPCs密度显著减少，但细胞大小测量值增加，这是衰老细胞的特征。这些发现与关于特定脑区（如白质纤维束）对慢性炎症和其他与年龄相关的应激源易感性的新兴数据一致。我们还发现，老年纤维束中OPC与小胶质细胞的接近度增加，这反映了这一易受年龄影响的生态位中可能发生的多种细胞相互作用变化之一。尽管OPC与小胶质细胞接近度改变的具体功能意义尚不清楚，但两种细胞类型可能对与白质失衡相关的局部信号作出反应。我们确定，老年OPCs亚群获得了衰老的分子特征，这些特征由疾病相关少突胶质细胞标志物（Serpina3n）、抗凋亡途径（Nol3）和整合素信号传导（Skap2）的标记物表征，这些特征共同可能导致OPCs在衰老过程中的功能障碍。在生命全程中使用成像模式研究这些标记物是一个重要的未来方向。最后，靶向 p16 + 衰老细胞在老年小鼠中逆转了纤维束中OPC细胞大小和与小胶质细胞接近度的年龄相关增加，但未在DG中观察到这种效应。我们之前已经证明，使用 p16-InkAttac 模型靶向衰老细胞可以减少老年女性纤维束中衰老和疾病相关小胶质细胞的数量，并减少老年女性大脑中浸润免疫细胞的数量。老年纤维束中OPC表型的变化是否直接由靶向衰老OPCs引起，还是间接通过调节衰老小胶质细胞或其他细胞类型引起，这是一个需要解决的重要问题。其他脑微环境对衰老细胞清除的响应知之甚少，但可以通过同时探测分子特征和精确解剖位置的技术（如空间组学）来解决。我们注意到，用于靶向 p16 阳性衰老细胞的药物AP20187在年轻小鼠中被认为具有有限的脑穿透能力。据我们所知，AP20187在老年或神经退行性疾病模型中的区域特异性脑穿透性尚未建立，这提出了关于脑实质与外周衰老细胞直接影响老年易感脑微环境的重要问题。此外，不同类型的衰老治疗药物是否以及如何穿透并调节功能不同的微环境中的特定衰老细胞类型尚未明确。总体而言，这项研究提供了关于OPCs在白质中年龄和衰老相关变化的基本见解，这些见解可能为针对老年大脑中这一关键细胞类型的再生干预提供信息。
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