单细胞测序锁定帕金森病铁死亡相关星形胶质细胞亚群，NEAT1/HSPB1/HSPA5三联标志物开启精准诊断新窗口

《Molecular Neurobiology》：Deciphering Ferroptosis-Related Astrocyte Subpopulations and Diagnostic Biomarkers in Parkinson’s Disease through RNA Transcriptomics

为破解帕金森病（PD）早期诊断缺生物标志物的困境，Gong 等整合 scRNA-seq 与 bulk RNA-seq，首次在人脑黑质发现铁死亡倾向的 Astro-C1 亚群，并验证 NEAT1、HSPB1、HSPA5 具有优异 AUC（≥0.76），为临床提供可抽血检测的分子三联体。

　　

研究背景
帕金森病（PD）已成为增长最快的神经退行性疾病，临床诊断仍依赖运动症状出现，此时黑质多巴胺能神经元已凋亡过半。更棘手的是，传统“神经元中心”视角难以解释疾病进程中的广泛炎症与铁沉积。星形胶质细胞（astrocytes）占人脑胶质细胞半数以上，既掌控铁稳态，又能在应激下转化为反应性表型，释放TNF-α、IL-1β等细胞因子，但其在PD中是否像神经元一样发生铁死亡（ferroptosis，铁依赖性脂质过氧化致死）一直缺乏直接证据。若能在单细胞精度锁定“促炎+铁死亡”双重身份的星形胶质细胞亚群，并筛选血清可检出的分子标志，将为早诊早治打开突破口。

研究设计与结论
Gong 等从 GEO 数据库收集 11 例 PD 与 19 名对照的黑质单细胞转录组（GSE148434 等三队列合并），经 Seurat 质控得到 34 671 个 PD 细胞与 66 153 个对照细胞，注释出 7 种主要细胞类型。细胞互作分析（CellChat）发现 PD 组星形胶质细胞与微胶质细胞、少突胶质细胞间信号强度显著升高，C3-(ITGAX+ITGB2)、C3-C3AR1 等补体通路仅在 PD 出现。对 9 890 个星形胶质细胞重聚类，得到 5 个亚群：Astro-C0~C4，其中 Astro-C1 仅富集于 PD 样本，且 AUCell 计算的铁死亡、氧化应激、炎症反应三项评分均居首位。Monocle2 拟时序显示 Astro-C4→C0→C1 的分化轨迹，提示铁死亡随炎症刺激逐步加剧。作者进一步将 Astro-C1 差异基因与 FerrDb 铁死亡基因库交集，锁定 22 个核心基因，其中 NEAT1（核旁斑lncRNA）、HSPB1（小分子热休克蛋白）、HSPA5（内质网伴侣 BiP）、ATF4（应激转录因子）在独立 bulk RNA 队列（GSE7621、GSE20164）与脑蛋白质组（PXD042154）中均显示优良诊断效能，NEAT1、HSPB1、HSPA5 的 AUC 分别为 0.83、0.76、0.83。

关键技术方法

1. 公共单细胞与 bulk RNA 数据整合（11 PD vs 19 Ctrl）
2. Seurat+Harmony 质控、聚类与批次校正
3. CellChat 细胞互作预测
4. AUCell 基因集富集评分
5. Monocle2 拟时序分化轨迹
6. 小鼠星形胶质细胞系（C8-D1A）Erastin±LPS 铁死亡模型
7. CCK-8、LDH、FerroOrange、BODIPY-C11、JC-1、MDA 等表型检测
8. ROC 曲线验证标志物诊断性能

研究结果

1. scRNA-seq 揭示 PD 黑质细胞组成改变
   • 星形胶质细胞比例升高，且高表达补体 C3 与 FGF2。
2. PD 星形胶质细胞与微胶质细胞、少突胶质细胞交互增强
   • 补体、SPP1、FGF 信号在 PD 组特异性增强，提示三方正反馈促炎环路。
3. 鉴定 5 个星形胶质细胞亚群
   • Astro-C1 为 PD 特有，KEGG 富集“铁死亡”“IL-17 信号”“凋亡”。
4. Astro-C1 亚群与铁死亡高度相关
   • 铁死亡、氧化应激、炎症评分均显著高于其他亚群；拟时序示其处于终末分化支。
5. 拟时序分析描绘分化轨迹
   • 分支点 BEAM 基因显示 NEAT1、CHI3L1 在 Astro-C1 高表达，FTH1、PTMA 在起始 Astro-C4 高表达。
6. NEAT1、HSPB1、HSPA5、ATF4 具有良好的 PD 诊断性能
   • 两独立 bulk 队列 AUC 均>0.69，脑蛋白验证 HSPA5 表达显著升高。
7. LPS 加剧星形胶质细胞铁死亡
   • Erastin+LPS 联合降低细胞活力，升高 LDH、Fe^{、脂质 ROS、MDA 及线粒体 ROS，降低 MMP 与 GPX4 蛋白；qPCR 示 NEAT1 升高而 HSPB1、ATF4、HSPA5 下降，证实炎症-铁死亡正反馈。}

研究结论与讨论
该研究首次在单细胞层面证实 PD 患者黑质存在特异性的“高炎症-高铁死亡”星形胶质细胞亚群 Astro-C1，并筛选出可在外周血检测的 NEAT1/HSPB1/HSPA5 三联标志物，为临床提供无创早诊新思路。机制上，补体 C3 介导的微胶质细胞-星形胶质细胞对话与 LPS-TLR4 炎症信号共同抑制 GPX4、升高游离铁与脂质 ROS，驱动星形胶质细胞走向铁死亡，进而可能加重神经元氧化应激。尽管样本量与临床验证仍有限，但研究将“胶质细胞铁死亡”推向前台，为开发靶向星形胶质细胞铁稳态或补体通路的多模态干预奠定理论基础。论文发表于《Molecular Neurobiology》。