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摘要
[背景]百草枯（PQ）是世界上使用最广泛的除草剂之一，是帕金森病（PD）的危险因素之一，但其致PD发病的机制不甚清楚。单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术可从基因层面研究细胞异质性，为探究PQ致PD发病机制提供深入见解。[目的]通过scRNA-seq分析PQ染毒小鼠大脑细胞分群情况，以及与PD样改变相关细胞亚群参与的生物学过程，为揭示PQ致小鼠大脑PD样改变的机制研究提供线索。[方法] 6只雄性6周龄C57BL/6小鼠随机分为对照组和实验组，每组3只，分别以0（生理盐水）、10.0 mg·kg-1 PQ腹腔注射染毒，每隔2 d 1次，连续10次注射造模；染毒结束后，取小鼠大脑，进行scRNA-seq。根据不同细胞类型的基因表达特征进行细胞分群，利用生物信息学工具筛选PD相关细胞亚群，并对其特征基因进行基因注释（GO）富集分析、京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析以及基因集富集分析（GSEA）、蛋白互作网络分析、转录因子预测等。最后，对PD相关细胞亚群在PQ处理组和对照组间的差异基因进行GO和KEGG分析等，分析这些基因可能参与的生物学过程。[结果]测序数据符合质控标准，共获取55 779个细胞，所有细胞降维分析结果显示其可以被进一步分为37个聚类，包括5种主要的细胞类型；根据每个亚群排名前20特征基因KEGG分析，筛选出特异表达的Cluster 33亚群（多巴胺能神经元）与PD显著相关。GO分析结果显示该亚群生物学功能方面主要富集神经递质转运和对神经递质的调控，GSEA分析结果显示酪氨酸代谢通路和脑组织神经活动配体-受体相互作用通路显著富集，转录调控网络分析结果显示差异表达转录因子有39个。进一步分析PQ处理对该亚群的影响，结果表明PQ处理影响多巴胺神经元亚群代谢通路、内吞和Ras相关蛋白1(Rap1)信号通路和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路等；GO分析显示差异基因与离子运输、突触组装调节等生物学过程有关，并参与了细胞质和突触等细胞组分的形成。[结论]研究初步绘制了PQ暴露后小鼠大脑单细胞转录组图谱，并筛选出特异表达的Cluster33亚群（多巴胺能神经元）与PD显著相关，其生物学功能改变可能是PQ致小鼠大脑PD样改变的机制之一。
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单位福建医科大学; 公共卫生学院
