【原】人类纹状体胶质细胞在AD和PD特异性神经变性的差异

健明 2024-03-26 发布于广东

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文章概述

文章标题：《Human striatal glia differentially contribute to AD- and PD-specific neurodegeneration》

发表日期和杂志：2023年发表在Nature Aging上

在线阅读链接：https:///10.1038%2Fs43587-023-00363-8

疾病介绍及实验设计

疾病简介

阿尔茨海默病（AD）和帕金森病（PD）是两种常见的神经退行性疾病。

阿尔茨海默病主要影响大脑的记忆和认知功能。它的主要特征是神经元的退化和脑内异常蛋白质沉积，如β-淀粉样蛋白和Tau蛋白。这些异常蛋白质的积聚导致神经元功能受损和死亡，最终导致认知和行为问题。

帕金森病是一种运动障碍性疾病，主要由于脑内多巴胺神经元的退化。它的主要症状包括震颤、肌肉僵硬、运动缓慢和平衡问题。帕金森病的病因尚不完全清楚，但异常蛋白质的积聚和线粒体功能障碍被认为是其中的重要因素。

尽管AD和PD在病因和病理生理方面有所不同，但它们都涉及到神经元的退化和功能损害。在这两种疾病中，胶质细胞（包括星形胶质细胞和小胶质细胞）在病理过程中起着重要的作用。胶质细胞参与清除异常蛋白质、维持神经元环境稳定和调节炎症反应。然而，它们在AD和PD中的具体贡献可能有所不同，可能与疾病特异性的病理过程和炎症反应有关。

进一步研究纹状体胶质细胞在AD和PD中的不同贡献，有助于深入了解这些疾病的发病机制，并为开发新的治疗策略提供潜在的靶点。

单细胞实验设计

选择了4例有AD病理特征的患者，4例诊断为PD的患者，以及4例无AD或PD病理的对照病例，利用10X基因组学平台进行了单核转录组比较。

单细胞转录组数据情况

数据链接是：https://www.ncbi.nlm./geo/query/acc.cgi?acc=GSE161045 数据情况：

#samples
GSM4888887 Putamen_CTRL1
GSM4888888 Putamen_CTRL2
GSM4888889 Putamen_CTRL3
GSM4888890 Putamen_CTRL4
GSM4888891 Putamen_AD1
GSM4888892 Putamen_AD2
GSM4888893 Putamen_AD3
GSM4888894 Putamen_AD4
GSM4888895 Putamen_PD1
GSM4888896 Putamen_PD2
GSM4888897 Putamen_PD3
GSM4888898 Putamen_PD4

提供的是10X格式的标准三个文件，选择下载数据之后需要对数据进行整理，将三个文件分别整理到对应的文件夹中。

#整理文件
fs=list.files('./','features')
fs

samples1= gsub('.tsv.gz','',gsub('features.','',fs))
samples1

samples2 = samples1


lapply(1:length(samples2), function(i){
  x=samples2[i]
  y=fs[i]
  dir.create(x,recursive = T)
  file.copy(from= y ,
            to=file.path(x,  'features.tsv.gz' )) 
  file.copy(from= gsub('features','matrix',gsub('tsv','mtx',y)),
            to= file.path(x, 'matrix.mtx.gz' ) ) 
  file.copy(from= gsub('features','barcodes',y),
            to= file.path(x, 'barcodes.tsv.gz' )) 
  
})

然后使用Read10X函数将数据读取进来即可进行后续的标准分析

#指定数据存放位置
samples=list.files("./output/")
samples
dir <- file.path('./output/',samples)
names(dir) <- samples
#读取数据创建Seurat对象
counts <- Read10X(data.dir = dir)

sce.all = CreateSeuratObject(counts,
                             min.cells = 5,
                             min.features = 300 )

dim(sce.all)   #查看基因数和细胞总数
as.data.frame(sce.all@assays$RNA$counts[1:10, 1:2])
table(sce.all@meta.data$orig.ident)  #查看每个样本的细胞数
head(sce.all@meta.data)

对读取进来的数据进行质控、harmony整合以及单细胞细分亚群定义等。

第一层次降维聚类

经过质量过滤后，获得了30,908个高质量的单核基因表达谱。

使用Seurat进行了非监督聚类，并通过比较保守的标记基因(在AD、PD和对照组之间保守的标记)与已知的细胞类型特异性标记的表达模式，将簇映射到六种主要细胞类型：

星形胶质细胞(AQP4，SLC1A2)
内皮细胞和周细胞(Fl1，RGS5)
免疫细胞(CSF1R，PTPRC，RUNX1)
神经元(RBFOX1，RBFOX3，SYT1)
少突胶质细胞(MBP，PLP1)
少突胶质前体细胞(PCDH15，BB和VCAN)

通过BioinfoArk提供的中国区chatGPT查询到各个细分亚群的解释：

星形胶质细胞（Astrocytes）：星形胶质细胞是中枢神经系统中最常见的胶质细胞类型。它们在维持神经元环境稳定、提供能量和营养支持、清除代谢产物等方面起着重要作用。AQP4和SLC1A2是星形胶质细胞中的两种重要蛋白质，分别参与水通道和谷氨酸转运。
内皮细胞和周细胞（Endothelial cells and Pericytes）：内皮细胞是血管内膜的主要组成部分，而周细胞则位于血管壁的外侧。它们在维持血脑屏障的完整性和调节脑血流方面起着重要作用。
免疫细胞（Immune cells）：免疫细胞包括巨噬细胞、淋巴细胞等，它们在免疫应答和炎症调节中起着重要作用。
神经元（Neurons）：神经元是神经系统的基本功能单元，负责传递和处理神经信号。RBFOX1、RBFOX3和SYT1是神经元中的一些标志性蛋白质，参与神经元的发育和功能。
少突胶质细胞（Oligodendrocytes）：少突胶质细胞是中枢神经系统中的胶质细胞类型之一，主要负责形成和维护神经元轴突的髓鞘。MBP和PLP1是少突胶质细胞中的两种主要蛋白质，参与髓鞘的形成和功能。
少突胶质前体细胞（Oligodendrocyte precursor cells）：少突胶质前体细胞是少突胶质细胞的前体细胞，具有分化为成熟少突胶质细胞的潜能。