為了在PQ暴露組和對照組之間按細胞類型檢查PD相關(guān)或MDD相關(guān)的風險基因，研究者使用差異表達基因分析分別從GEO來源的PD或MDD數(shù)據(jù)集中識別PD或MDD相關(guān)的風險基因。DEG火山圖表明識別PD或MDD相關(guān)風險基因的有效性，在此基礎(chǔ)上，對每種疾病的統(tǒng)計顯著風險基因使用scRNA-seq進行了進一步分析。
 

同時，通過GSVA量化了PQ暴露前后每個單細胞中這些PD或MDD相關(guān)風險基因的表達水平。由此識別出了不同細胞類型中疾病相關(guān)風險基因表達水平的變化。結(jié)果表明，PQ暴露后，神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細胞、少突膠質(zhì)細胞中的PD相關(guān)風險基因發(fā)生了顯著變化。使用GO和KEGG方法分析各種細胞類型中顯著改變的PD相關(guān)風險基因顯示，PQ特別影響了神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細胞、少突膠質(zhì)細胞中的突觸傳遞調(diào)節(jié)。此外，PQ在PD進展過程中干擾了小膠質(zhì)細胞中的免疫反應(yīng)，并改變了內(nèi)皮細胞中的能量代謝。
 

GSVA發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，PQ暴露組中星形膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元中共病相關(guān)風險基因的表達水平發(fā)生了顯著變化。與其他細胞類型相比，星形膠質(zhì)細胞在PQ暴露后共病相關(guān)風險基因的表達水平變化最為顯著。為了研究PQ暴露后星形膠質(zhì)細胞的基礎(chǔ)功能，將PQ暴露模型中星形膠質(zhì)細胞的DEG進行KEGG和GO富集分析。KEGG富集顯示，星形膠質(zhì)細胞參與了PQ暴露后PD相關(guān)和MDD相關(guān)通路，證實了它們在PQ暴露模型中PD和MDD共病中的主導(dǎo)作用。PQ破壞了涉及多種神經(jīng)遞質(zhì)的化學(xué)突觸調(diào)節(jié)、葡萄糖脂質(zhì)代謝、能量代謝和星形膠質(zhì)細胞中的細胞反應(yīng)通路。GO富集分析進一步證實，PQ暴露特別影響了星形膠質(zhì)細胞中的化學(xué)突觸調(diào)節(jié)和能量代謝通路。此外，它還顯示PQ改變了星形膠質(zhì)細胞中與大腦結(jié)構(gòu)發(fā)育和神經(jīng)投射形成相關(guān)的通路。

為了闡明不同星形膠質(zhì)細胞亞型在PQ暴露后共病相關(guān)變化中的作用，研究量化了PQ暴露組和對照組中所有星形膠質(zhì)細胞亞型中共病相關(guān)風險基因的表達水平。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，8種星形膠質(zhì)細胞亞型中有5種（Astro_1至5）在PQ暴露后共病相關(guān)風險基因的表達水平發(fā)生了變化。其中，Astro_3在共病相關(guān)風險基因的表達中表現(xiàn)出最顯著的變化，與其他亞型相比，其變化表達水平明顯更高。GO和KEGG富集分析表明，Astro_3可能參與了PQ暴露模型中與PD和MDD發(fā)病機制相關(guān)的通路，并有助于與多種化學(xué)突觸、軸突和神經(jīng)元投射調(diào)節(jié)相關(guān)的生物過程。

總體而言，這些發(fā)現(xiàn)表明，Astro_3與PQ暴露后PD和MDD共病相關(guān)變化最為密切，表明Astro_3可以被視為負責PQ暴露模型中PD和MDD共病發(fā)展的共病特異性細胞亞型。
 

隨后，研究又對scRNA-seq進行了偽時序分析，以探索PQ暴露模型中異質(zhì)簇細胞分化過程中基于轉(zhuǎn)錄變化的潛在細胞間關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，DA神經(jīng)元和VGluT2神經(jīng)元在PQ暴露后都向Astro_3亞型極化，表明PQ可以誘導(dǎo)PD特異性或MDD特異性亞型與共病特異性亞型之間的顯著翻譯關(guān)系。為了進一步識別動態(tài)表達變化的基因，又對沿軌跡的基因表達模式進行了功能富集分析。結(jié)果顯示，從DA神經(jīng)元向Astro_3亞型翻譯過程中顯著表達變化的基因主要參與突觸功能調(diào)節(jié)、神經(jīng)遞質(zhì)動力學(xué)、神經(jīng)退行性疾病、軸突和鈣通道的通路。類似地，從VGluT2神經(jīng)元向Astro_3亞型翻譯過程中顯著變化的基因涉及神經(jīng)元投射發(fā)育和突觸及神經(jīng)遞質(zhì)調(diào)節(jié)的通路。
 

綜上所述，細胞間通訊和偽時間分析表明，Astro_3亞型、DA神經(jīng)元和VGluT2神經(jīng)元之間存在相互交互關(guān)系。兩個單病特異性亞型與共病特異性亞型之間的相互作用可以部分解釋Astro_3亞型介導(dǎo)PD和MDD共病的潛在機制。

5. RNF7和MTCH2是PQ暴露模型中PD與MDD共病的星形膠質(zhì)細胞特異性診斷標志物
使用ROC曲線的分析結(jié)果，驗證了每個基因在PD與MDD共病中的診斷效能，發(fā)現(xiàn)RNF7、TAC1和MTCH2具有最高的AUC，表明它們具有顯著的診斷重要性。
 

鑒于星形膠質(zhì)細胞是與PQ暴露模型中與共病相關(guān)變化最相關(guān)的細胞類型，研究又探討了這些共享中樞基因在PQ暴露后星形膠質(zhì)細胞中的變化，以識別星形膠質(zhì)細胞特異性診斷標志物。t-SNE的結(jié)果表明，只有RNF7、SIRPA和MTCH2在星形膠質(zhì)細胞中高度表達。此外，只有RNF7和MTCH2在PQ暴露后星形膠質(zhì)細胞中顯著改變。
 

因此，研究者又在PQ暴露模型中驗證RNF7和MTCH2的表達。我結(jié)果表明，PQ暴露后，RNF7和MTCH2在皮層、海馬、黑質(zhì)和杏仁核中的表達顯著增加。此外，RNF7和MTCH2與GFAP的共定位在PQ暴露組中所有腦區(qū)都顯著增加，表明PQ暴露后功能星形膠質(zhì)細胞中它們的表達水平增加。