构建单细胞药物重定位流程
整合单细胞转录组、蛋白互作、药物靶点和风险基因，构建细胞类型特异性网络并进行药物优先排序。
下载人类PPI网络、DrugBank药物-靶点数据、HERB草药成分和靶点，收集精神疾病风险基因，利用基于网络的邻近性算法计算药物重定位评分。
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基于细胞类型特异性相互作用的神经精神疾病药物重定位
The cell-type specific interaction based drug repurposing for psychiatric disorders
实验完整度
高基于公开患者单细胞数据集评估算法性能，并在Zbtb18+/-小鼠模型中进行snRNA-seq、行为学和RT-qPCR验证，包含药物处理实验。
主要模型
重度抑郁症患者前额叶皮层snRNA-seq数据 精神分裂症患者scRNA-seq数据 帕金森病患者前额叶皮层snRNA-seq数据 Zbtb18+/-焦虑样小鼠模型
重点核对
Zbtb18+/−小鼠的基因型鉴定 药物处理剂量及给药方式：Forskolin 1.05 mg/kg 口服灌胃，Chlorpropamide 32.5 mg/kg 口服灌胃，Osthole 100 mg/kg 口服灌胃 行为学测试方案：明暗箱测试和旷场测试的时间和指标 RT-qPCR 内参基因和计算方法（Actb，ΔΔCt法）
摘要
精神疾病严重挑战公共卫生，但新型精神药物的开发无法跟上临床需求。单细胞RNA数据的快速积累为开发新的药物重定位计算方法提供了机会。然而，该领域缺乏专门针对精神疾病的计算工具。在这项工作中，我们开发了基于细胞类型特异性相互作用的计算流程scPsyDrug，以优先排序用于精神疾病的药物。该工具整合了单细胞转录组学、蛋白质-蛋白质相互作用、药物-靶点相互作用和精神疾病风险基因，以构建细胞类型特异性相互作用和种子基因，用于药物优先排序。我们首先使用来自临床患者的公开单细胞RNA数据集评估了scPsyDrug的性能，包括重度抑郁症、精神分裂症和帕金森病，scPsyDrug在推荐的候选药物中涵盖了大量已批准药物和临床试验化合物。接下来，我们将scPsyDrug应用于Zbtb18+/-小鼠（一种焦虑样小鼠模型）以筛选潜在药物。scPsyDrug将Forskolin和Chlorpropamide列为优先候选药物，随后的药物治疗表明这两种化合物分别能挽救Zbtb18+/-小鼠的焦虑样行为。我们还使用scPsyDrug筛选草药成分，并验证了Osthole在挽救该小鼠模型焦虑样行为中的功效。总之，scPsyDrug可应用于不同类型的精神疾病进行药物重定位，我们也为Forskolin、Chlorpropamide和Osthole在焦虑干预中的潜在作用提供了实验证据。
实验结论
提炼研究问题、关键发现与证据，快速把握文章的核心贡献。
- 研究问题
- 开发一种适用于精神疾病的基于细胞类型特异性相互作用的药物重定位计算方法。
- 核心机制
- 未明确说明
- 主要证据
- 在MDD、SCZ和PD患者单细胞数据上评估，并在Zbtb18+/-焦虑小鼠模型中进行药物筛选和行为学验证，其中Forskolin、Chlorpropamide和Osthole可缓解焦虑样行为。
- 研究意义
- 作者认为scPsyDrug可应用于不同类型精神疾病的药物重定位，并为Forskolin、Chlorpropamide和Osthole在焦虑干预中的潜在作用提供了实验证据。
研究路径
按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。
评估scPsyDrug性能
评估scPsyDrug在精神疾病药物重定位中的性能。
使用MDD、SCZ和PD患者数据应用scPsyDrug，评估其识别已知获批药物和临床试验药物的能力，并与其他方法比较。
Zbtb18+/-小鼠模型构建和特征分析
建立焦虑样小鼠模型并验证其表型。
使用Zbtb18+/-小鼠，通过行为学测试（明暗箱和旷场）确认焦虑样行为，并检测脑形态学指标。
snRNA-seq测序及差异表达分析
获取Zbtb18+/-小鼠海马和前额叶皮层的细胞类型特异性转录组变化。
对Zbtb18+/-和Zbtb18+/+小鼠的海马和前额叶皮层进行snRNA-seq，聚类并注释细胞类型，进行差异表达分析。
药物重定位筛选和验证
筛选潜在药物并在小鼠模型中验证其疗效。
使用scPsyDrug对Zbtb18+/-小鼠的snRNA-seq数据进行药物重定位，选出候选药物，然后对小鼠进行药物处理，通过行为学测试评估药物是否缓解焦虑样行为。
研究方法
按研究目的归类文中使用的方法，便于定位所需技术。
构建细胞类型特异性网络
药物重定位评分
分子实验
产品清单
| 实验环节 | 名称 | 品牌 | 货号 |
|---|---|---|---|
| 药物处理 | 毛喉素 | Selleck | S2449 |
| 氯磺丙脲 | Selleck | S4166 | |
| 蛇床子素 | Selleck | S2337 | |
| RNA提取 | TransZol Up Plus RNA试剂盒 | TransGen Biotech | ER501-01-V2 |
| RT-qPCR | HiScript II Q RT SuperMix for qPCR 试剂盒 | Vazyme | R223-01 |
| ChamQ Universal SYBR qPCR 预混液 | Vazyme | Q711-02 | |
| QuantStudio 5 实时荧光定量PCR系统 | Thermo Fisher | -- | |
| 动物模型 | Zbtb18+/-小鼠 | GemPharmatech | T033873 |
| 单细胞核RNA测序 | MGI 单细胞核RNA文库制备试剂盒V3.0 | MGI | -- |
| MGISEQ-2000测序仪 | MGI | -- |
关键环节
汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。
| 环节 | 核对要点 |
|---|---|
| 药物处理 | 药物剂量：Forskolin 1.05 mg/kg，Chlorpropamide 32.5 mg/kg，Osthole 100 mg/kg；给药方式：口服灌胃；给药时间：每天一次，连续14天；对照组：5% DMSO（Forskolin）或玉米油（Chlorpropamide和Osthole） 阅读提示：Materials and methods 中 'Mice experiments and behavioral tests' 段落 |
| 行为学测试 | 明暗箱测试和旷场测试的具体时间点（第13天和第14天）、适应时间（至少3小时）、测试时长（明暗箱5分钟，旷场10分钟）、分析指标（总距离、中央区/光箱活动量、穿梭次数等） 阅读提示：Materials and methods 中 'Mice experiments and behavioral tests' 段落 |
| snRNA-seq 分析 | 测序平台：MGISEQ-2000；比对参考基因组：GRCm38；细胞过滤标准：nFeatures 100-7500，nCount 200-20000；聚类参数：分辨率海马1.7，皮层1.4；差异表达阈值：|log2FC|≥0.2 阅读提示：Materials and methods 中 'The snRNA sequencing on Zbtb18 mice' 和 'Clustering and cell-type annotation' 段落 |
| RT-qPCR | PCR循环条件：95°C 30秒，然后40个循环（95°C 10秒，60°C 30秒）；内参基因：Actb；相对定量方法：ΔΔCt法；样本重复：三次重复；目标基因：Adcy1、Abcc8、Parp1 阅读提示：Materials and methods 中 'RNA extraction and RT-qPCR' 和 'Statistical analysis and visualization' 段落 |