基于GPCRs的生物标志物NTSR1与GPR161在帕金森病中的诊断价值及机制研究

《Scientific Reports》：Identifying the biomarkers associated with G protein-coupled receptors of parkinson’s disease

本研究针对帕金森病（PD）诊断和治疗靶点缺乏的问题，通过生物信息学分析和实验验证，发现G蛋白偶联受体（GPCRs）相关基因NTSR1和GPR161可作为PD的新型生物标志物。研究人员整合GEO数据库样本，采用机器学习算法筛选出关键基因，构建了具有良好预测能力的列线图，并通过RT-qPCR在临床样本中验证了其表达差异。该研究为PD的早期诊断和精准治疗提供了新思路。

　　

帕金森病（Parkinson's disease, PD）作为全球第二大神经退行性疾病，正随着人口老龄化进程加速其患病率持续攀升。这种疾病最典型的病理特征是中脑黑质多巴胺能神经元的进行性丢失，导致患者出现震颤、肌肉强直、运动迟缓等核心运动症状，以及认知障碍、睡眠异常等多种非运动症状。尽管现有药物治疗能够暂时缓解症状，但无法阻止疾病进展，且长期使用会引发严重副作用。面对这一困境，科学界将目光投向了G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptors, GPCRs）——这个拥有大量可成药靶点的膜蛋白家族，有望为PD治疗带来突破。

在《Scientific Reports》最新发表的研究中，Yang H.等研究人员开展了一项创新性研究，旨在探索GPCRs相关基因（GPCRs-RGs）作为PD诊断生物标志物的潜力。研究团队通过整合公共数据库资源和临床样本验证，成功鉴定出两个关键基因NTSR1和GPR161，并系统阐述了它们在PD发病机制中的重要作用。

研究人员采用多种关键技术方法开展研究：从GEO数据库获取GSE49036和GSE26927数据集包含的PD和对照样本；通过差异表达分析筛选差异表达基因（DEGs）；结合机器学习算法（LASSO和SVM-RFE）识别关键生物标志物；利用基因集富集分析（GSEA）探索相关通路；采用共识聚类分析进行PD亚型分型；通过ssGSEA评估免疫细胞浸润；并最终使用RT-qPCR在5对临床血液样本中验证标志物表达。

3.1 候选基因的鉴定与探索

研究在GSE49036数据集中共鉴定出1,355个DEGs，其中906个基因在PD组中上调，449个下调。通过与GPCRs-RGs取交集，获得61个候选基因。GO和KEGG富集分析显示这些基因显著富集于腺苷酸环化酶调节G蛋白偶联受体信号通路、磷脂酶D信号通路等重要通路。PPI网络分析揭示了39个基因间的相互作用关系，其中GNB5和GNA13与多个基因存在互作。

3.2 NTSR1和GPR161作为生物标志物的鉴定

通过LASSO和SVM-RFE机器学习算法，研究最终确定NTSR1和GPR161为关键生物标志物。在两个数据集中，这两个基因在PD组中均显著下调，且AUC值均大于0.7，显示出良好的诊断价值。

3.3 列线图的高准确性

基于NTSR1和GPR161构建的列线图在预测PD风险方面表现出色，校准曲线显示其具有较高的预测准确性（P=0.506，MAE=0.079）。DCA曲线进一步证实了该列线图在临床决策中的实用价值。

3.4 生物标志物的富集通路

GSEA分析发现NTSR1和GPR161共同富集于26条重要通路，包括氧化磷酸化、帕金森病、亨廷顿病、阿尔茨海默病等。这些通路与能量代谢障碍和神经退行性病变密切相关，提示生物标志物可能通过调节线粒体功能参与PD发病。

3.5 与生物标志物相关的免疫细胞

共识聚类分析将PD样本分为PD1和PD2两个亚群。NTSR1和GPR161在PD1中高表达，而10种免疫细胞（如肥大细胞、单核细胞等）在PD1中的评分显著低于PD2。相关性分析显示两个生物标志物与多种免疫细胞呈负相关，表明它们可能通过调节免疫微环境影响PD进展。

3.6 两个PD集群的不同通路

GSVA和GSEA分析显示两个PD亚群在通路富集上存在显著差异。PD1集群显著富集于帕金森病、氧化磷酸化等通路，而PD2集群则富集于补体系统、细胞因子-细胞因子受体相互作用等炎症相关通路，提示PD存在不同的病理机制亚型。

3.7 与生物标志物相关的药物、蛋白质和miRNA

研究发现15个miRNA（如hsa-miR-140-5p、hsa-miR-149-3p）、10个蛋白质（包括ARRB1和ARRB2）以及6种药物（如索拉非尼、硫柳汞）与生物标志物相关。这些结果为后续靶向治疗研究提供了重要线索。

3.8 临床样本中生物标志物的表达分析

RT-qPCR验证结果显示，GPR161和NTSR1在PD组中表达显著下调，与生物信息学分析结果一致，证实了研究结果的可靠性。

研究结论表明，NTSR1和GPR161作为GPCRs相关的新型生物标志物，不仅具有诊断价值，还参与了PD的多种病理过程。NTSR1通过调节神经降压素（NTS）信号通路影响多巴胺能神经元功能，而GPR161则作为Sonic hedgehog（Shh）信号通路的负调控因子参与神经发育和修复。这两个基因的表达下调可能导致线粒体功能障碍、氧化应激增加以及免疫微环境紊乱，共同促进PD的进展。

该研究的创新之处在于首次系统阐述了GPCRs家族成员在PD中的重要作用，并通过多组学分析揭示了PD的异质性特征。发现的生物标志物和相关调控网络为开发新的诊断方法和治疗策略提供了理论依据，特别是为针对不同PD亚型的精准治疗奠定了基础。然而，研究也存在一定局限性，如临床验证样本量较小，外周血与脑组织表达的相关性仍需进一步探索。未来研究将通过更多独立大样本队列验证这些标志物的临床价值，并深入探讨它们在PD发生发展中的具体分子机制。