单细胞空间转录组学鉴定帕金森病中的脆弱神经元

科学家们从人类大脑样本中分离出22048个多巴胺神经元，并通过单细胞测序其基因表达，发现了10个不同的多巴胺神经元亚型。研究表明帕金森氏病可能是由多巴胺神经元中的特定子集的丢失引起的，而不是由整个多巴胺神经元群的丢失引起的。

　　

帕金森病(PD)的一个明确病理标志是基底神经节中脑结构中称为脑黑质(SNpc)的多巴胺(DA)释放神经元的退化。然而，与多巴胺神经元易损性相关的分子特征尚未完全确定，即使在帕金森病晚期，也有一些多巴胺神经元在SNpc中存活。这表明在疾病的发展过程中，某些神经元比其他神经元更脆弱。

如果能够确切地知道哪些多巴胺神经元在帕金森病中倾向于死亡，可以帮助科学家识别导致这些神经元丢失的机制，定义准确的疾病模型，并帮助开发针对、更新或替代帕金森病中丢失的特定多巴胺神经元的精确疗法。

哈佛大学的研究人员在《自然神经科学》杂志上发表了一项研究——“对人类多巴胺神经元进行单细胞基因组图谱识别出帕金森氏病中选择性退化的神经元群体”，研究人员开发并实施了一种新的方法，从帕金森病患者和匹配的对照组样本中富集多巴胺神经元，并分析它们的基因表达。

利用Macosko实验室发明的名为Slide-Seq的高分辨率空间转录组学图谱分析流程，研究人员采样了387,483个细胞核，包括22048个多巴胺神经元图谱，通过单核 RNA 测序 (snRNA-seq)鉴别了10个不同的多巴胺神经元群体，并在SNpc内对每种神经元群体进行空间定位。

，在黑质和尾状核中的这一细胞群体在之前的 GWAS分析中最强烈地表达与帕金森病相关的基因，这似乎表明帕金森病的遗传风险更优先作用于最脆弱的神经元并影响它们的生存。PD 患者 SOX_AGTR1 细胞内的转录变化与几种典型的细胞应激途径有关——包括由基因TP53和NR2F2编码的 TF 调节的那些——对 PD 相关的神经元死亡过程很重要。

通过比较帕金森病患者和对照组的分析数据，研究人员发现了一个表达AGTR1基因的多巴胺神经元群体 SOX6_AGTR1，该群体局限于SNpc的前部(腹侧层)并对帕金森病中的神经变性高度敏感——在帕金森病患者中选择性缺失。这一群体的多巴胺神经元表现出转录因子TP53和NR2F2靶点的上调，表明这些分子进程与帕金森病相关的神经元选择性变性和死亡相关。

“已知大脑这个区域的多巴胺神经元死亡，但之前没有明确其中更脆弱的细胞子集，”Evan Macosko博士是哈佛和麻省理工学院Board学院的教授和该研究的资深作者。“通过了解这些细胞的基因表达，我们就有了在培养皿中培养它们的‘配方’，由此，这些数据将有助于为将来的细胞替代疗法提供信息。”Macosko说:“我们的研究使用了最先进的单细胞和Slide-Seq空间转录组技术，以确定一种在帕金森病中最容易死亡的、非常特殊的细胞亚型。”“我们确定了在帕金森氏症患者的脆弱细胞中被激活的途径，包括已知促进细胞死亡的P53。在帕金森氏症患者的细胞中识别出这些通路激活可将它们列为良好的治疗靶点。”

此外，与早发性阿尔茨海默病小胶质细胞等免疫细胞参与疾病发病机制的研究不同，目前的研究表明帕金森病中多巴胺神经元变性的遗传风险是脆弱细胞固有的。“通过全基因组关联研究我们发现，这些脆弱的细胞表达的基因在PD中风险最高。这表明，脆弱细胞内的人类遗传风险影响它们的生存。在阿尔茨海默氏症中，情况则不一样。”

为了确认这一结论，科学家们在本研究中确定的SNpc中检查了散发性帕金森病的常见遗传危险因素标记在10个多巴胺神经元群体中的富集情况。他们发现的脆弱多巴胺神经元群体同样也是有最高的风险基因表达的细胞群体，这为它们的脆弱性提供了一个潜在的解释，并强调了细胞内在过程在其退化中的重要性。

在接下来的实验中，Macosko和他的团队打算在更大的人群中对其他脆弱的大脑区域进行单细胞分析。Macosko说:“我们希望这能让我们发现更多关于帕金森氏症的机制。”