單細胞測序發現帕金森病的關鍵調節因子

　　帕金森病（PD）是一種常見的神經系統變性疾病，其臨床癥狀主要表現為僵化和震顫。目前，全球大約有600萬人患有帕金森病。盡管大多數患者為散發病例，但少數患者是由于GBA基因中的變異，特別是N370S突變。

　　近日，牛津大學的研究人員利用患者和對照的誘導多能干細胞（iPSC）生成了多巴胺神經元，其丟失導致了該疾病的運動癥狀。通過大量細胞和單細胞測序，他們梳理了病例和對照的基因表達差異，發現這似乎受到組蛋白去乙酰化酶4（HDAC4）的調節。他們利用正在開發的藥物來靶向HDAC4，發現能夠糾正與疾病相關的細胞表型。

　　這項研究成果于本周發表在《Cell Stem Cell》雜志上。“我們的工作證明了我們如何利用單細胞轉錄組學來探索細胞異質性，從而揭示疾病機理和治療靶點，”作者在文中寫道。

　　研究人員從三名帕金森病患者（帶有GBA N370S突變）和三名對照中獲得iPSC細胞，然后將它們分化成多巴胺神經元。利用FACS分選后，大量細胞的RNA測序顯示TH、DDC等多巴胺神經元的標志基因表達增加。病例和對照的神經元之間大約存在250個基因的差異表達。

　　之后，研究人員測序了病例和對照的146個單個神經元的轉錄組。主成分分析表明，細胞按患者來源聚類，并且也按信號識別顆粒依賴的共翻譯蛋白的基因表達聚類。

　　通過結合大量細胞和單細胞的RNA-seq數據，研究人員生成了一份60個核心基因的列表，它們的表達在患者來源的神經元中改變。具體來說，52個基因的表達下調，而8個基因的表達上調。

　　沿著疾病發展的軸線，早期下調的基因包括那些參與神經元功能、蛋白質分泌和運輸以及軸突生長的基因。同時，后期上調的基因包括內質網應激基因。研究人員指出，這與他們之前的研究成果一致，即患者多巴胺神經元中的內質網應激更高。

　　他們還補充說，許多在早期差異表達的基因都受到組蛋白去乙酰化酶4（HDAC4）的下調，表明靶向它也許能影響疾病過程。他們發現HDAC4錯誤定位在患者iPSC分化的多巴胺神經元中的細胞核上，在早期抑制基因表達，導致晚期蛋白質平衡的缺陷。

　　研究人員隨后利用四種靶向HDAC4的化合物來處理患者的多巴胺神經元。他們報告稱，這些化合物逆轉了早期疾病相關基因的表達下降，而后期的進一步處理限制了內質網應激基因的表達升高。

　　研究人員將他們的分析擴展到四名特發性帕金森病患者。他們發現，其中的兩名患者也存在HDAC4的核定位增加及其調節基因的表達減少，以及內質網應激基因的上調。

　　“我們發現疾病過程是一個動態事件，并確定HDAC4是早期分子變化的一個關鍵調節因子，這些變化導致晚期的病理過程，”作者寫道。他們認為這種方法也適用于其他疾病，有助于發現疾病機理和治療靶點。