单核RNA测序揭示帕金森病跨细胞类型的共同分子机制及潜在治疗药物

本研究通过单核RNA测序(snRNA-seq)技术解析帕金森病(PD)患者黑质区426,886个细胞核转录组，鉴定出神经元与胶质细胞共有的18个差异表达基因(cDEGs)，发现HSPA1A等6个关键基因(KGs)构成的蛋白互作网络，并基于分子对接筛选出Celastrol等3种具有神经保护潜力的老药新用候选药物，为PD的跨细胞类型治疗策略提供新思路。

　　

帕金森病作为全球第二大神经退行性疾病，影响着超过1000万患者的生活质量。尽管已知多巴胺能神经元退化是主要病理特征，但越来越多的证据表明，星形胶质细胞和小胶质细胞等非神经元细胞在疾病进程中扮演着关键角色。这种复杂的细胞间相互作用使得传统研究方法难以全面揭示PD的分子机制，亟需在单细胞分辨率下解析不同细胞类型的协同致病机制。

为解决这一科学难题，拉杰沙希大学统计系生物信息学实验室（Bioinformatics Lab, Department of Statistics, University of Rajshahi）的研究团队对GSE184950数据集中的32例人类黑质样本（9例对照和23例PD病例）进行了系统性分析。研究人员采用前沿的单核RNA测序技术，结合人工智能驱动的生物信息学方法，成功绘制了PD跨细胞类型的分子图谱，相关成果发表在《Scientific Reports》期刊。

研究主要运用了四大技术方法：（1）基于Scanpy和scVI平台的单核RNA测序数据分析流程，处理426,886个细胞核数据；（2）利用Leiden算法进行细胞聚类，通过CellMarker等数据库注释9种细胞类型；（3）采用STRING数据库构建蛋白互作网络，通过cytoHubba插件识别关键基因；（4）运用AutoDock Vina进行分子对接，结合pkCSM和SwissADME预测药物ADME/T特性。

样本聚类与细胞类型鉴定
经过严格质控获得129,473个高质量细胞核，UMAP可视化显示批次校正有效消除了技术变异（图2D）。细胞聚类鉴定出9类主要细胞：少突胶质细胞(56.6%)、神经元(10.3%)、小胶质细胞(8.8%)等（图3B）。其中少突胶质细胞占比最高，与PD病理中髓鞘异常的研究发现相符。

关键基因发现
跨5种主要细胞类型（神经元、星形胶质细胞、小胶质细胞、少突胶质前体细胞和少突胶质细胞）筛选出18个cDEGs（图5A-B）。PPI网络分析发现HSPA1A、DNAJB1等6个核心基因（图4A），这些基因与蛋白质错误折叠应激反应密切相关。转录因子调控网络揭示HINFP、YY1等可能是关键上游调控因子（图4B）。

功能机制解析
GO分析显示这些基因显著富集于"ATP结合"（分子功能）、"突触小泡膜"（细胞组分）等术语（图5C-E）。KEGG通路分析提示雌激素信号通路和MAPK通路可能参与PD发展（图5F）。特别值得注意的是，热休克蛋白HSPA1A与共伴侣蛋白DNAJB1的相互作用，为α-突触核蛋白聚集提供了新的解释机制。

治疗策略开发
分子对接筛选出Celastrol（结合能-7.0 kcal/mol）、Withaferin-A和Apomorphine三种候选药物（图6）。ADME/T分析显示Withaferin-A和Apomorphine完全符合Lipinski五规则（表1A），其中Apomorphine具有血脑屏障穿透能力（LogBB 0.452），这与其已知的D1/D2多巴胺受体激动剂作用机制一致。

这项研究首次在单细胞水平系统揭示了PD中神经元与胶质细胞的共同分子病理机制。发现的6个关键基因不仅与已知的PD相关通路（如蛋白质稳态、钙信号）高度相关，更重要的是提出了跨细胞类型的协同致病模型。特别具有转化价值的是，通过计算生物学方法重新定位的Celastrol（具有抗氧化和抗炎作用）和Withaferin-A（调节LRRK2水平）等天然化合物，为开发新型神经保护剂提供了候选分子。尽管仍需实验验证，但这项研究为理解PD的复杂细胞间对话机制和开发广谱神经保护策略奠定了重要理论基础。