Nature：539个脂质分区，一张精细全脑图谱，解码脑空间组织新维度

为构建全面的成年小鼠脑脂质组学图谱，研究人员利用正离子模式基质辅助激光解吸/电离质谱成像（MALDI–MSI），在11只小鼠的109张冠状切片上以5 μm激光点、25 μm像素间距映射了26,874个峰，并将其配准到Allen脑图谱（ABA）通用坐标系（CCF）中，以便与解剖结构及其他模态进行系统比较。经质控后保留1,400个峰，并以172个高置信度注释的非冗余脂质进行下游分析。研究先以两个密集采样的雄性大脑建立参考与验证，再扩展至三个雄性、三个雌性及三个妊娠雌性大脑，经非负矩阵分解（NMF）降维、批次协调、缺失插补和3D插值生成600万像素的3D图谱。随后的Leiden聚类揭示了与解剖结构一致的空间组织域。二元层次分裂算法细化聚类，在11个大脑中验证了空间相关性。最终将方法集合整合为EUCLID软件包，图谱在线可访问。

研究人员共鉴定539个脂质组学定义的脑区簇，称为脂质分区。539个终末脂质分区按层级组织为8个大类、31个亚类和222个超型。发现脂质分区沿内侧-外侧轴呈现对称性，层级结构的首要划分将富含灰质与白质的脂质分区分开，其中白质脂质分区进一步分为少突胶质细胞富集区和神经元输入区；灰质内部则遵循内-外模式，分别对应谷氨酸能神经元富集区和GABA能神经元富集区。髓鞘脂质（己糖神经酰胺（HexCers）和神经酰胺（Cers））驱动了深层皮质与小脑颗粒细胞、外层皮质与浦肯野细胞树突之间的脂质组学相似性。由于该层级结构呈现出清晰的解剖学组织模式，于是按照该脂质域最富集的Allen脑区来为其命名。发现终末脂质分区与ABA的13个主要分区呈显著双向关联，但单个脂质仅部分揭示此模式，且许多脂质种类空间分化明显，尤其是溶血磷脂酰胆碱（LPC）、溶血磷脂酰乙醇胺（LPE）、磷脂酰胆碱（PC）、磷脂酰丝氨酸（PS）和鞘磷脂（SM），提示分析时应尽可能保留脂质分子物种的精细层面。此外，脂质分区可识别区域特异性标记物（如黑质网状部的LPE 22:6、PC 40:7等），并且仅用脂质谱训练的多层感知机即可在独立脑上重建区域边界，证明脂质分布本身能够提供足够的信息来预测解剖位置。

接下来，研究人员探究了脂质组的空间异质性与代谢酶表达模式的关联，以及脂质分区如何映射细胞类型和神经连接。结果发现脑脂质组无法完全由转录组解释或预测，且脂质分区能够捕捉反映细胞类型组成、细胞结构、细胞活动及细胞回路特征的生物分子变异性。

研究发现白质髓鞘化区域存在此前未被识别的脂质组异质性，这种异质性主要由少突胶质细胞特异性脂质驱动。此外，胼胝体束内富集神经元标志物Cer 36:1;O2和磷脂、周围富集髓鞘脂质，提示可变髓鞘化是另一异质性来源。前纤维束脂质分区分为外侧和内侧池，特定脂质，包括Hex2Cer 40:1;O2和HexCer 40:2;O2、LPE 22:1和PE 42:6，与前胼胝体的内侧-外侧轴相关，这表明髓鞘脂质特征保留了时间发育特征。同时，脑室系统存在终末脂质分区无法解释的高残余变异性，于是将脑室脂质分区重新聚类为15个亚区，脉络丛（CHP）中鉴定出两个不同的簇群，分别命名为ChP1（富集磷脂/醚脂，提示分泌功能）和ChP2（富集HexCers，提示促炎信号）。SMs被发现在脑室富集，其中SM 38:1;O2、SM 34:1;O2、SM 40:1;O2、SM 40:2;O2可作为脑室标志物。这些发现共同揭示了脑室内基于脂质的精细分区。

研究人员通过MALDI-MSI分析发现妊娠对脑脂质组的影响比性别更广泛，215个脂质分区超型中有139个在妊娠期间受到影响，且脑室系统差异脂质最为显著。妊娠期间存在广泛但具区域选择性的适应性髓鞘形成现象：髓鞘标志物HexCer 42:2;O2在100个超型增加，尤其是在白质区域；胼胝体的LC–MS分析证实HexCer 42:2；O2及其他鞘脂类物质均有所增加；特征重要性分析表明，该升高现象与参与髓鞘形成及少突胶质细胞分化的基因相关。随后，研究人员将研究焦点转向皮层区域，其中六个超型（主要位于第4层）显示出超过25种脂质发生变化。最显著的脂质分区中有34种差异脂质，包括四种增加的PS（PS 36:1、40:6、40:5、34:1），且皮层区域存在高水平的孕激素受体（Pgr）表达。最后，单核RNA测序和免疫染色证实了糖皮质激素反应基因的上调及糖皮质激素受体磷酸化增加，表明脂质组特征与特定激素信号轴之间存在联系。

总之，该研究揭示了成年小鼠全脑存在由539个脂质分区构成的精细膜脂空间架构，该架构与功能解剖、细胞类型构筑及神经连接相耦合，并能在妊娠等生理需求下发生区域选择性重塑，从而填补了哺乳动物脑脂质代谢架构系统研究的空白，为理解脂质在脑发育、生理与病理中的作用提供了资源。