《Biochemical and Biophysical Research Communications》：Investigating the Therapeutic Mechanisms of Dental Pulp Stem Cells in Parkinson's Disease: A Bioinformatics-Based Multi-Omics Analysis
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帕金森病（PD）是一种以多巴胺能神经元丢失和α-突触蛋白聚集为特征的神经退行性疾病。本研究通过生物信息学分析发现，牙髓干细胞（DPSCs）分化过程中差异表达的476个基因中，MGAT1、ARRB2和COL15A1是调控DPSCs神经保护的关键基因，并验证其在6-OHDA诱导的帕金森病大鼠模型中的表达变化。分子对接显示这些基因与SRC抑制剂II、贝扎菲布和鲁索替尼存在高亲和力结合，提示靶向这些基因或其相关通路可能成为PD联合治疗的新策略。
作者：邵山孙（Shaoshan Sun）、朱斌（Bin Zhu）、王浩（Hao Wang）
单位：首都医科大学北京天坛医院口腔科，中国北京 100070
摘要
帕金森病（PD）是一种进行性神经退行性疾病，其特征是多巴胺能神经元的丢失和α-突触核蛋白的聚集。牙髓干细胞（DPSCs）因其具有神经营养特性和支持神经再生的潜力而成为有前景的治疗候选细胞。本研究旨在利用生物信息学方法阐明DPSCs与PD之间的分子机制。为了研究差异表达基因（DEGs）相关的生物学功能和信号通路，我们进行了基因本体论（GO）分析、京都基因与基因组百科全书（KEGG）分析、基因集富集分析（GSEA）和基因集变异分析（GSVA）。在476个重叠的DEGs中，通过定量实时PCR（qPCR）在6-OHDA诱导的PD大鼠模型中鉴定了三个关键基因：MGAT1、ARB2和COL15A1。这三个基因均显示出与PD相关的显著异常表达。分子对接进一步显示，MGAT1与SRC激酶抑制剂II的结合亲和力为-8.58 kcal/mol，ARB2与贝扎氟贝特的结合亲和力为-5.19 kcal/mol，COL15A1与鲁索替尼的结合亲和力为-6.32 kcal/mol。在PD大鼠模型中的体内qPCR分析证实了ARB2和MGAT1的表达下调，而COL15A1的表达上调（p < 0.05），这支持了生物信息学的发现。总体而言，这项多层次分析突出了DPSCs与PD之间的潜在机制，并确定了可能为未来治疗策略提供信息的候选基因和药物靶点。
引言
帕金森病（PD）是第二常见的神经退行性疾病，仅次于阿尔茨海默病[1] [2]。其核心病理特征是黑质中多巴胺能神经元的进行性丢失以及α-突触核蛋白的异常聚集，形成路易小体[3] [4]。PD主要影响中老年人，临床表现包括运动症状，如运动障碍、震颤、僵硬和步态不稳。根据世界卫生组织的数据，全球有数百万人患有PD，且由于人口老龄化，其发病率正在上升[5]。该疾病显著降低了患者的生活质量，并给家庭和社会带来了巨大的经济负担[5]。目前，PD的治疗主要依赖于药物和外科干预，这些方法主要缓解症状而非治愈疾病[6]。长期使用药物常常会导致运动并发症[3] [4]。因此，开发新的治疗策略并阐明其潜在机制对于改善PD患者的预后至关重要。
牙髓干细胞（DPSCs）是一类间充质干细胞，具有分化为多种细胞类型的潜力，包括类神经元细胞[7] [8] [9] [10]。研究表明，DPSCs能够通过释放神经营养因子（如脑源性神经营养因子BDNF和胶质细胞系源性神经营养因子GDNF）来保护和修复PD模型中的多巴胺能神经元[8] [9]。共培养实验表明，DPSCs可以通过旁分泌机制减少神经元凋亡、减轻神经损伤，并保护多巴胺能神经元免受1-甲基-4-苯基吡啶离子（MPP+）的损伤[11] [12]。最近的研究进一步支持了DPSCs在PD模型中的治疗潜力。例如，在小鼠模型中，鼻内给予DPSCs可以改善感觉运动协调性和嗅觉功能，同时降低多巴胺能神经毒性。这种给药方式增强了细胞向大脑的归巢和整合能力，为PD提供了一种有前景的细胞疗法[12]。
然而，DPSCs在PD发病机制中的具体作用及其与相关分子通路的相互作用仍不清楚。本研究的目的是分析DPSCs和PD的全基因组表达谱，识别与PD相关的关键基因，并探索其潜在的分子机制，从而突出DPSCs在PD治疗中的治疗潜力。为此，本研究应用了来自基因表达组学数据库（GEO）的多组学数据的综合生物信息学分析方法，包括差异基因表达分析、基因本体论（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析、基因集富集分析（GSEA）等计算方法，系统地识别DPSCs分化为类神经元细胞过程中特异性调控的基因，并探索它们与PD的潜在关联。这些关键基因和通路的鉴定为进一步研究DPSCs在PD治疗中的应用提供了新的见解和基础。
本研究结合了多组学生物信息学与体内验证，以（1）识别DPSC介导的神经分化与PD病理学之间的差异调控基因，（2）通过分子对接预测可成药靶点，（3）在PD大鼠模型中验证关键基因表达变化。我们的目标是建立基于DPSC的治疗策略的机制框架，并识别潜在的协同药物候选物。
数据来源和下载
本研究使用的所有数据均来自GEO数据库（
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/GEO/ ），可免费获取。使用R包‘GEOquery’检索了DPSCs和PD的全基因组表达谱[13]。我们选择了两个数据集GSE174260和GSE168399，因为它们使用相同的微阵列平台、高度一致的实验设计以及高质量原始数据的可用性。
DPSCs与分化神经细胞的比较分析
本研究采用的方法如图1所示。我们整合了GSE174260和GSE168399数据集，校正了批次效应，并进行了差异表达分析（表S1，图S2）。采用p < 0.05和|log2倍数变化| ≥ 1的筛选标准，鉴定了4,112个差异表达基因（DEGs）。其中，2,213个基因在由DPSCs衍生的神经细胞中上调，而1,899个基因在DPSCs本身中上调。
讨论
利用SVM和随机森林算法，我们从476个重叠基因中鉴定了10个关键基因，分别是ARRB2、BICC1、CEND1、COL15A1、FAIM2、HCFC1R1、MGAT1、B3GALNT1、ZNF121和ANK2。这些基因主要与多巴胺信号传导、糖基化修饰和细胞外基质（ECM）调控相关。这些发现为DPSCs分化为神经细胞过程中的基因表达模式及其在PD发病机制中的潜在作用提供了重要见解。
ARRB2
结论
在本研究中，我们确定了MGAT1、ARB2和COL15A1是PD中DPSC神经保护的关键介质，它们通过糖基化、神经炎症和ECM重塑相关通路发挥作用。分子对接预测MGAT1与SRC激酶抑制剂II、ARB2与贝扎氟贝特、COL15A1与鲁索替尼之间的强结合亲和力。这些发现表明，ARRB2–MGAT1–COL15A1轴可能代表了将基于DPSC的疗法与靶向药物治疗相结合的机制基础。
伦理批准声明
本文描述的动物实验已获得首都医科大学北京天坛医院伦理委员会的审查和批准（SYXK-2023-0003）。
出版同意
不适用。
数据和材料的可用性
本研究使用和/或分析的数据集可向相应作者提出合理请求后获取。
作者贡献声明
邵山孙： 撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、软件使用、实验设计、数据分析。王浩： 项目监督、项目管理、方法论设计、概念构思。朱斌： 资源获取、数据管理
未引用的参考文献
[17], [42], [43]。
利益冲突
作者声明没有利益冲突。
资助
本研究未接受任何资助。
利益冲突声明
作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文报告的工作。
致谢
我们感谢所有合作机构公开提供了摘要关联统计数据。
