文獻(xiàn)信息
【文章標(biāo)題】Single-cell sequencing of human midbrain reveals glial activation and a Parkinson-specific neuronal state
【發(fā)表雜志】Brain（IF：15.255）
【發(fā)表時(shí)間】2022年4月
【應(yīng)用技術(shù)】10x Genomics snRNA-seq
【關(guān)? 鍵? 詞】帕金森疾才洹（Parkinson’s disease）静檬，小神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞（Microglia），中腦黑質(zhì)（Midbrain substantia nigra）赚导，神經(jīng)退行性疾病（Neurodegenerative diseases）
閃光點(diǎn)
1录语、 通過(guò)特發(fā)性帕金森中腦組織單核測(cè)序魂迄，形成第一個(gè)單核RNA測(cè)序數(shù)據(jù)集，細(xì)胞注釋發(fā)現(xiàn)只在疾病組中存在的代表功能失調(diào)多巴胺能神經(jīng)元的細(xì)胞群耸三。
2乱陡、 通過(guò)帕金森患者和對(duì)照的分析，發(fā)現(xiàn)了小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞的疾病特異性增加及少突膠質(zhì)細(xì)胞的缺失仪壮，擬時(shí)分析發(fā)現(xiàn)對(duì)錯(cuò)誤折疊蛋白的應(yīng)激反應(yīng)是帕金森炎癥信號(hào)的主要觸發(fā)條件憨颠。
3、 結(jié)合帕金森GWAS數(shù)據(jù)和具有細(xì)胞類型特異性的基因表達(dá)模式积锅，分析帕金森風(fēng)險(xiǎn)變異基因的富集情況爽彤，將帕金森患病風(fēng)險(xiǎn)與中腦組織中的細(xì)胞類型聯(lián)系起來(lái)。
方法與結(jié)論
樣本：特發(fā)性帕金森患者和對(duì)照樣本的死后中腦組織樣本
亮點(diǎn)解析
帕金森病是一種復(fù)雜的神經(jīng)退行性疾病缚陷，超過(guò)20種基因的突變與該疾病有關(guān)适篙。迄今為止，全基因組關(guān)聯(lián)研究已經(jīng)確定了90個(gè)獨(dú)立的風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)變異箫爷，然而這些變異在疾病發(fā)展中的相關(guān)作用并不明晰[1-2]嚷节。同時(shí)以往的研究大都基于 bulk 水平的轉(zhuǎn)錄組，或者基于激光捕獲顯微解剖的多巴胺能神經(jīng)元細(xì)胞分析虎锚，未能解開(kāi)與帕金森疾病相關(guān)的不同細(xì)胞類型特異性貢獻(xiàn)硫痰。因此在疾病研究中，單細(xì)胞測(cè)序可以增加我們從不同類型細(xì)胞貢獻(xiàn)對(duì)疾病影響進(jìn)行分析的角度[3]翁都。
發(fā)現(xiàn)新的細(xì)胞類型如何判斷來(lái)源和注釋
對(duì) 5 例特發(fā)性帕金森患者和 6 例對(duì)照樣本的死后中腦組織樣本進(jìn)行單核 RNA 測(cè)序碍论，通過(guò)細(xì)胞注釋得到 12 個(gè)細(xì)胞群，其中除了通過(guò)基因表達(dá)標(biāo)記的常見(jiàn)細(xì)胞類型外柄慰，作者發(fā)現(xiàn)了一個(gè)由 120 個(gè)細(xì)胞組成的神經(jīng)元細(xì)胞群鳍悠，其特征為高表達(dá) CADPS2 基因税娜，但無(wú)法根據(jù)已知的標(biāo)記基因?qū)ζ溥M(jìn)行注釋。并且有意思的是藏研，這些CADPS2high?細(xì)胞幾乎全部來(lái)源于帕金森患者組（圖1）敬矩。
為了對(duì)這群細(xì)胞進(jìn)行注釋，首先對(duì)基因表達(dá)做了分析蠢挡。這些神經(jīng)元細(xì)胞除了 TH 基因表達(dá)較低外弧岳，表現(xiàn)出與多巴胺能細(xì)胞相似的特征（圖2）。此外业踏，CADPS2high?細(xì)胞表達(dá)的 TIAM1 水平甚至高于多巴胺能細(xì)胞禽炬。TIAM1 已被確定為 Wnt/Dvl/Rac1 通路的調(diào)節(jié)因子，該通路控制中腦多巴胺能細(xì)胞分化勤家。因此腹尖，作者推斷 CADPS2high 細(xì)胞可能是退化的多巴胺能細(xì)胞。
進(jìn)一步伐脖，作者用樣本冷凍中腦組織切片進(jìn)行激光捕獲顯微解剖（Laser-capture microdissection）热幔，包括用于單細(xì)胞測(cè)序的 1 例患者樣本和 1 例對(duì)照，以及4例先前沒(méi)有進(jìn)行過(guò)研究的 4 例患者樣本和 4 例對(duì)照讼庇。從每個(gè)樣本中绎巨，分離出 150 個(gè)含神經(jīng)黑色素的神經(jīng)元（Neuromelanin-containing neurons），通過(guò)數(shù)字 PCR 對(duì)其進(jìn)行 CADPS2 基因表達(dá)分析蠕啄，其中β -肌動(dòng)蛋白作為 house keeping 基因场勤。該實(shí)驗(yàn)表明，與具有神經(jīng)黑色素沉積的對(duì)照組多巴胺能細(xì)胞相比介汹，帕金森組的 CADPS2 與β -肌動(dòng)蛋白比例明顯更高却嗡，表明 CADPS2 高的細(xì)胞確實(shí)是多巴胺能來(lái)源的（圖3）。
從不同細(xì)胞類型基因表達(dá)探究對(duì)帕金森疾病的影響
通過(guò)對(duì)帕金森組和對(duì)照組中不同細(xì)胞亞群的比較嘹承，發(fā)現(xiàn)帕金森病中腦中窗价，小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞的比例增加，少突膠質(zhì)細(xì)胞的比例減少叹卷。進(jìn)一步撼港，對(duì)這些有比例變化的細(xì)胞進(jìn)行再分群。
以小膠質(zhì)細(xì)胞為例骤竹，文章鑒定了七個(gè)小膠質(zhì)細(xì)胞亞群帝牡，這些亞群以高表達(dá)基因進(jìn)行標(biāo)記。對(duì)由 P2RY12蒙揣、GPNMB 和 HSP90AA1 高表達(dá)定義的三個(gè)細(xì)胞數(shù)量最多的亞群進(jìn)行擬時(shí)分析靶溜。結(jié)果顯示小膠質(zhì)細(xì)胞的激活軌跡從 P2RY12high?細(xì)胞跨越到兩個(gè)激活分支，一個(gè)包含 GPNMBhigh 細(xì)胞，另一個(gè)包含 HSP90AA1 high或 IL1Bhigh?細(xì)胞（圖4）罩息。
進(jìn)一步嗤详，分析小膠質(zhì)細(xì)胞激活軌跡中相關(guān)的變化基因，GO 分析顯示功能富集于細(xì)胞因子分泌和對(duì)未折疊蛋白通路的應(yīng)激反應(yīng)瓷炮。為了與帕金森疾病關(guān)聯(lián)葱色，作者將軌跡相關(guān)基因與帕金森組差異上調(diào)基因取了交集，鑒定出 29 個(gè)與特發(fā)性帕金森病中腦小膠質(zhì)細(xì)胞差異激活相關(guān)的基因娘香。文章同時(shí)對(duì)星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞做了類似的分析苍狰。
單細(xì)胞基因表達(dá)與疾病風(fēng)險(xiǎn)變異結(jié)合分析
為了深入了解帕金森病相關(guān)遺傳變異如何影響中腦細(xì)胞，文章對(duì)中腦細(xì)胞特異性表達(dá)基因與帕金森病相關(guān)遺傳變異進(jìn)行了富集分析烘绽。首先將以往GWAS研究中得到的相關(guān)基因標(biāo)記到參考基因組上淋昭，使用MAGMA基因集分析，對(duì)每種細(xì)胞類型中的差異表達(dá)基因或細(xì)胞類型特異性表達(dá)基因進(jìn)行分析[4]安接。
結(jié)果顯示响牛，帕金森病風(fēng)險(xiǎn)變異與小膠質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)元赫段、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突前體細(xì)胞顯著相關(guān)。在GO矢赁、KEGG和Reactome分析中糯笙，發(fā)現(xiàn)了多巴胺能細(xì)胞中的“磷酸化”和“激酶活性”以及小膠質(zhì)細(xì)胞中的“NLRP3炎性體復(fù)合物”等富集，支持了炎癥信號(hào)在帕金森中的作用（圖5）撩银。
這篇文章整合全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）和單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組（scRNA-seq）數(shù)據(jù)给涕，表征了中腦所有細(xì)胞類型對(duì)帕金森病病理學(xué)的貢獻(xiàn)，在單個(gè)細(xì)胞的水平上深入探究了特發(fā)性帕金森疾病的關(guān)鍵分子變化特征额获，為研究帕金森病的炎癥和免疫治療提供了新的線索和思路够庙。
參考文獻(xiàn)
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