芯空一号快讯 | 单细胞联合空间转录组揭示帕金森病黑质的区域性细胞易损特征(IF 81.2)

题目：Spatiotemporally resolved single-nucleus transcriptomics reveals cellular and regional vulnerability in the midbrain in Parkinson’s disease

期刊：Signal Transduction and Targeted Therapy

影响因子：81.2

DOI：10.1038/s41392-026-02794-2

01 研究背景

帕金森（Parkinson’s disease，PD）是一种以黑质多巴胺能神经元进行性丢失为主要特征的神经退行性疾病，其典型病理表现包括α-突触核蛋白（α-Syn）异常聚集及路易体形成。然而，黑质中的神经元并非均一群体，不同亚型及不同解剖区域的神经元对疾病的易感性存在差异。与此同时，星形胶质细胞、小胶质细胞及血管相关细胞也会发生疾病相关变化，共同影响局部组织微环境。

传统单核转录组测序能够解析组织中的细胞类型及其分子特征，但组织解离过程会丢失细胞原本的空间位置信息，难以进一步判断哪些细胞亚群集中分布于病理易损区域，以及不同细胞状态与局部病理变化之间存在怎样的联系。

针对这一问题，本研究结合单核RNA测序（snRNA-seq）与10x Genomics Visium空间转录组技术，对韩国人群的中脑黑质进行分析，覆盖正常对照、偶发性路易氏体（iLBD）及晚期帕金森病阶段，构建具有空间信息的黑质细胞图谱，进一步揭示不同神经元亚群、胶质细胞及血管相关区域在疾病进展中的变化。

02 实验设计与技术手段

研究首先对8位供体的中脑黑质组织进行单核RNA测序（snRNA-seq），包括4例正常对照和4例帕金森病患者，共获得33,293个细胞核。通过单核转录组分析，识别黑质组织中的主要细胞类型及神经元亚群，解析不同细胞群的基因表达特征。

随后，研究采用10x Genomics Visium空间转录组技术，对6张组织切片（1例正常对照、2例iLBD和3例PD）进行分析。通过将单核转录组识别的细胞类型及亚群映射至组织切片，进一步明确不同细胞群在黑质中的空间分布，识别具有不同细胞组成和表达特征的空间区域，并比较疾病不同阶段的区域性变化。

此外，研究还结合免疫荧光、组织染色、RNAscope及免疫组化等实验，对部分发现进行验证，并通过细胞状态分析和配体-受体互作分析进一步探索潜在的分子机制。

03 主要发现

1、单核RNA测序识别出具有不同易损性的多巴胺能神经元亚群

通过单核转录组分析，研究识别出黑质中的8种主要细胞类型，并进一步将神经元划分为11个亚群。其中，NC3和NC8均表现出多巴胺能神经元特征，但在疾病进展中的变化存在明显差异。NC3在PD患者中显著减少，并与既往研究报道的SOX6⁺AGTR1⁺易损神经元亚型具有较高转录特征相似性；相比之下，NC8在疾病过程中相对保留。该结果提示，帕金森病对多巴胺能神经元的影响具有亚群选择性。

多巴胺能神经元亚群易损性与空间分布

2、Visium空间转录组揭示黑质内部的区域异质性及疾病相关空间重塑

研究通过Visium空间表达聚类识别出15个空间亚群（SC0–SC14），并结合单核测序参考数据解析各区域的细胞组成和组织特征。其中，SC10主要对应黑质多巴胺能神经元富集区域，SC11以GABA能神经元为主，SC6和SC8则分别代表具有不同分子特征的血管相关区域。

进一步比较不同疾病阶段发现，PD患者中SC10明显减少，反映出多巴胺能神经元丢失；SC6也出现下降，而SC8相对稳定。与此同时，部分空间区域发生扩展和重塑。通过将单核测序中的神经元亚群映射至Visium数据，作者进一步发现，NC3在SC10区域明显减少，而NC8相对保留。空间转录组由此将细胞亚群的易损性与具体组织区域联系起来。

黑质内部的区域异质性与疾病阶段变化

3、星形胶质细胞和小胶质细胞呈现不同的疾病相关状态及空间分布变化

研究进一步对星形胶质细胞和小胶质细胞进行亚群分析，并结合拟时序和基因调控网络分析，发现两类胶质细胞均存在不同的转录状态变化轨迹。星形胶质细胞表现出两条不同的疾病相关变化方向，涉及神经营养因子信号、细胞外基质重塑及细胞因子响应等分子程序；小胶质细胞则呈现不同的免疫反应、代谢适应及吞噬相关特征。

结合Visium空间解卷积，研究进一步观察到不同胶质细胞状态在黑质、大脑脚及血管相关区域具有不同的空间分布。RNAscope验证也显示，部分星形胶质细胞和小胶质细胞标志物在iLBD及PD阶段发生变化，提示胶质细胞的疾病响应具有阶段性和区域性特征。

星形胶质细胞疾病轨迹与空间重分布

4、α-Syn阳性区域存在疾病阶段相关的细胞间通讯变化

研究将α-Syn免疫荧光结果与Visium空间表达数据结合，区分病理阳性和阴性区域，并利用LIANA+分析局部配体-受体互作。结果发现，iLBD阶段α-Syn阳性区域中出现多组与细胞外基质重塑和突触黏附相关的信号，包括LAMA5–SV2C、LAMC1–SV2A、MDK–SDC4及CNTN1–NOTCH2等；而在晚期PD中，能够重复检出的相关互作明显减少，提示病理区域周围的细胞通讯环境可能随疾病进展发生重塑。

此外，作者将空间亚群及胶质细胞状态相关基因集与PD GWAS数据进行整合，发现东亚人群遗传风险与部分空间区域及小胶质细胞相关基因集存在显著关联，为理解不同人群的疾病遗传风险与细胞状态之间的联系提供了新的线索。