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背景：创伤性脑损伤（traumatic brain injury，TBI）的病理过程可在数小时至数月内持续演变，分子分期可能为临床和基于影像学的评估提供补充。单细胞转录组学能够捕捉具有细胞类型分辨率的时间程序，但基于一种损伤模型训练的转录“分子时钟”能否迁移至其他模型，仍是未知数。方法：我们汇总了4个公开的小鼠TBI单细胞/单核数据集，涵盖两种损伤模型——可控皮质撞击（controlled cortical impact，GSE277487；CEREBRI）和液体冲击损伤（fluid percussion injury，GSE160763）——并纳入一个独立的轻度液体冲击损伤队列作为验证集（GSE247339），共计307,991个细胞，覆盖4个病理阶段（对照期、急性期、亚急性期和慢性期）。分类器在细胞层面和样本层面（留出的测序文库）进行评估，并与置换零分布进行比较；同时开展了逐细胞类型分析、严格的留一数据集交叉验证（leave-one-dataset-out，LODO）泛化分析、仅胶质细胞迁移分析以及基因层面的SHAP分析。 结果：在GSE277487内部，样本层面的平衡准确率达到0.67（置换零分布为0.32 +/- 0.09；p = 0.001），且该信号在独立的轻度液体冲击损伤队列中得到重复验证（0.40，对比零分布0.19 +/- 0.05；p = 0.0010）。细胞层面的交叉验证将性能高估了约0.16，从而量化了样本内信息泄漏的影响。跨数据集泛化能力较差（严格LODO平衡准确率为0.20–0.31）；急性期的即刻早期反应无法迁移（召回率为0.002），且80%的慢性期（6个月）细胞被分配至亚急性期类别。仅胶质细胞模型提高了不同模型中的亚急性期召回率（分别为0.91和0.75），但其精确率与仅预测亚急性期的分类器无法区分（0.51 vs 0.50；0.58 vs 0.58），且在4类分类器框架下，一对多受试者工作特征曲线下面积（one-vs-rest AUROC）均处于或低于随机水平（0.38–0.54）——这反映的是分类器坍缩，而非可迁移的判别能力。可重复的跨模型成分实际上是一种基因表达程序：在严重CCI和FPI模型中，小胶质细胞补体/溶酶体损伤程序（Trem2-Apoe轴）均出现上调（13/13个基因表达方向一致），而即刻早期模块则具有模型特异性。 结论：在控制样本内信息泄漏后，单细胞分子时钟能够在数据集内部实现TBI分期，但其作为分类器无法跨数据集迁移：表面上的跨模型迁移实际上反映了分类器向多数类坍缩，而真正可重复的跨模型成分是小胶质细胞补体/溶酶体基因表达程序。这些发现界定了TBI跨数据集时间推断的适用边界，并为评估可迁移单细胞分类器的相关主张提供了标准。
背景：创伤性脑损伤（traumatic brain injury，TBI）的病理过程可在数小时至数月内持续演变，分子分期可作为临床和影像学评估的补充。单细胞转录组学能够捕捉细胞类型分辨的时间程序，但基于一种损伤模型训练的转录“分子时钟”能否迁移至其他模型，尚不明确。方法：我们汇总了4个公开的小鼠TBI单细胞/单核数据集，涵盖两种损伤模型——控制性皮质撞击（controlled cortical impact，GSE277487；CEREBRI）和液压冲击损伤（fluid percussion injury，GSE160763）——并纳入一个独立的轻度FPI队列作为验证集（GSE247339），共计307,991个细胞，覆盖4个病理阶段（对照期、急性期、亚急性期和慢性期）。我们在细胞和样本层面（留出的测序文库）对分类器进行评估，并与置换零分布进行比较；同时开展了逐细胞类型分析、严格的数据集留一法（leave-one-dataset-out，LODO）泛化评估、仅胶质细胞迁移分析以及基因层面的SHAP分析。
结果：在GSE277487内部，样本层面的平衡准确率达到0.67（置换零分布为0.32 ± 0.09；p = 0.001），且该信号在独立的轻度FPI队列中得到重复（0.40 vs 零分布0.19 ± 0.05；p = 0.0010）。细胞层面的交叉验证将性能高估了约0.16，从而量化了样本内信息泄漏的影响。跨数据集泛化能力较差（严格LODO平衡准确率为0.20–0.31）；急性期的即时早期反应无法迁移（召回率为0.002），且80%的慢性期（6个月）细胞被归类为亚急性期。仅胶质细胞模型提高了不同模型中的亚急性期召回率（分别为0.91和0.75），但其精确率与仅预测亚急性期的分类器并无差异（0.51 vs 0.50；0.58 vs 0.58），且在4类分类器体系中，一对其余（one-vs-rest）AUROC均处于或低于随机水平（0.38–0.54），这表明发生的是分类器塌缩，而非具有可迁移性的判别。跨模型可重复的成分实际上是一种基因表达程序：在严重CCI和FPI模型中，小胶质细胞补体/溶酶体损伤程序（Trem2-Apoe轴）均呈上调（13/13个基因表达方向一致），而即时早期模块则具有模型特异性。
结论：在控制样本内信息泄漏后，基于单细胞数据构建用于TBI分期的分子时钟在数据集内部是可行的，但其无法作为分类器跨数据集迁移：表面上的跨模型迁移反映的是分类器向多数类的塌缩，而真正可在不同模型间重复的成分是小胶质细胞补体/溶酶体基因表达程序。这些发现界定了TBI中跨数据集时间推断的边界，并为评估可迁移单细胞分类器的相关主张提供了标准。
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.07.749982v1?rss=1
🏷️ 创伤性脑损伤 单细胞转录组学 微胶质细胞 分子时钟 跨数据集泛化 补体/溶酶体损伤程序