单细胞与空间转录组整合分析揭示ISR相关基因通过免疫调控驱动帕金森病进展的分子机制

本研究通过整合单细胞RNA测序（scRNA-seq）与空间转录组技术，系统解析了帕金森病（PD）中整合应激反应（ISR）相关基因的细胞特异性表达模式，首次鉴定出DDIT4、GNA13、HSPA1B和SLC7A5四个关键基因通过JAK-STAT/NF-κB等通路调控神经炎症，实验验证DDIT4沉默可减轻α-突触核蛋白聚集，为PD的免疫调节治疗提供新靶点。

　　

研究背景

帕金森病（PD）作为第二大神经退行性疾病，以黑质多巴胺能神经元进行性丢失和α-突触核蛋白（α-SYN）异常聚集为特征。尽管遗传和环境因素已被广泛研究，但驱动PD进展的核心分子机制尚未阐明。近年来，整合应激反应（ISR）——一种由eIF2α磷酸化触发的保守应激适应机制，在阿尔茨海默病等神经疾病中被报道，但其在PD中的作用仍属空白。更关键的是，ISR如何通过调控免疫微环境影响PD进展，仍是未解之谜。

研究方法

研究团队创新性地采用多组学整合策略：

1. 数据挖掘：从GEO数据库获取12例人脑scRNA-seq数据（6例PD/6例对照）和5例空间转录组数据，通过Seurat进行质控和批次校正，最终纳入59,621个高质量细胞。

2. 细胞图谱构建：UMAP聚类鉴定出8类脑细胞，包括小胶质细胞、星形胶质细胞和神经元亚群，其中小胶质细胞ISR评分在PD组显著升高（p<0.0001）。

3. 关键基因筛选：对93个小胶质细胞差异表达基因（DEGs）进行Lasso回归和随机森林双重筛选，锁定DDIT4、GNA13、HSPA1B和SLC7A5四个核心基因。

4. 功能验证：采用MPTP诱导的PD小鼠模型和ouabain处理的SH-SY5Y细胞模型，通过qPCR、免疫荧光（IF）和免疫组化（IHC）验证靶点。

核心发现

1. 小胶质细胞ISR激活是PD特征

空间转录组揭示PD患者黑质区域ISR信号显著富集（GSM7392324-2328），其中小胶质细胞的ISR评分较对照组升高2.3倍。差异分析发现，高ISR小胶质细胞中DDIT4（log2FC=1.8）和HSPA1B（log2FC=1.5）表达最显著。

2. 四基因网络调控免疫代谢轴

• 通路富集：GSVA分析显示DDIT4主导IL-6/JAK-STAT3和p53通路（FDR<0.01），而SLC7A5与干扰素-γ响应强相关。

• 免疫互作：CIBERSORT分析发现DDIT4^high组M2型巨噬细胞浸润增加（r=0.62，p=0.003），CD8⁺ T细胞比例降低（r=-0.58），提示免疫抑制微环境。

3. 空间异质性图谱

CellChat分析揭示高ISR小胶质细胞通过SPP1-CD44配受体对与星形胶质细胞形成促炎网络。空间MISTy模型显示，DDIT4在神经元-胶质细胞交界区表达最高，暗示跨细胞类型应激传播。

4. DDIT4的致病机制验证

• 细胞模型：PD细胞中DDIT4 mRNA水平升高4.2倍（p<0.0001），siRNA敲除后α-SYN聚集减少63%（免疫荧光定量）。

• 动物实验：MPTP小鼠脑内Ddit4蛋白表达增加（IHC评分+215%），伴随爬杆时间延长（28.5±3.2秒 vs 对照12.1±2.4秒，p<0.0001）。

研究意义

该研究首次建立ISR-免疫-PD的分子联系：

1. 诊断价值：DDIT4等基因可作为PD神经炎症亚型的潜在生物标志物。

2. 治疗靶点：靶向ISR通路（如DDIT4/mTOR轴）或可打破神经炎症恶性循环。

3. 技术革新：空间转录组技术成功定位病理相关脑区，为神经退行性疾病研究提供新范式。

局限与展望

当前MPTP模型未能模拟PD慢性病程，且缺乏人脑组织验证。未来需构建α-SYN转基因动物，并开发血脑屏障穿透性ISR调节剂。值得注意的是，DDIT4在阿尔茨海默病中表现保护作用，提示ISR调控可能存在疾病特异性，这将成为后续研究重点。