Multiple system atrophy (MSA) and Parkinson's disease (PD) are neurodegenerative disorders characterized by α-synuclein pathology, disrupted iron homeostasis and impaired neurochemical transmission. Considering the critical role of iron in neurotransmitter synthesis and transport, our study aims to identify distinct patterns of whole-brain iron accumulation in MSA and PD, and to elucidate the corresponding neurochemical substrates. A total of 122 PD patients, 58 MSA patients and 78 age-, sex-matched health controls underwent multi-echo gradient echo sequences and neurological evaluations. We conducted voxel-wise and regional analyses using quantitative susceptibility mapping to explore MSA or PD-specific alterations in cortical and subcortical iron concentrations. Spatial correlation approaches were employed to examine the topographical alignment of cortical iron accumulation patterns with normative atlases of neurotransmitter receptor and transporter densities. Furthermore, we assessed the associations between the colocalization strength of neurochemical systems and disease severity. MSA patients exhibited increased susceptibility in the striatal, midbrain, cerebellar nuclei, as well as the frontal, temporal, occipital lobes, and anterior cingulate gyrus. In contrast, PD patients displayed elevated iron levels in the left inferior occipital gyrus, precentral gyrus, and substantia nigra. The excessive iron accumulation in MSA or PD correlated with the spatial distribution of cholinergic, noradrenaline, glutamate, serotonin, cannabinoids, and opioid neurotransmitters, and the degree of this alignment was related to motor deficits. Our findings provide evidence of the interaction between iron accumulation and non-dopamine neurotransmitters in the pathogenesis of MSA and PD, which inspire research on potential targets for pharmacotherapy.

To investigate iron and myelin changes in deep gray matter (DGM) of relapsing-remitting multiple sclerosis (RRMS) patients and their relationship to atrophy by χ-separation imaging.

Abstract Aging is widely acknowledged as the primary risk factor for brain degeneration, with Parkinson's disease (PD) tending to follow accelerated aging trajectories. We aim to investigate the impact of structural brain aging on the temporal dynamics of a large‐scale functional network in PD. We enrolled 62 PD patients and 32 healthy controls (HCs). The level of brain aging was determined by calculating global and local brain age gap estimates (G‐brainAGE and L‐brainAGE) from structural images. The neural network activity of the whole brain was captured by identifying coactivation patterns (CAPs) from resting‐state functional images. Intergroup differences were assessed using the general linear model. Subsequently, a spatial correlation analysis between the L‐brainAGE difference map and CAPs was conducted to uncover the anatomical underpinnings of functional alterations. Compared to HCs (−3.73 years), G‐brainAGE was significantly higher in PD patients (+1.93 years), who also exhibited widespread elevation in L‐brainAGE. G‐brainAGE was correlated with disease severity and duration. PD patients spent less time in CAPs involving activated default mode and the fronto‐parietal network (DMN‐FPN), as well as the sensorimotor and salience network (SMN‐SN), and had a reduced transition frequency from other CAPs to the DMN‐FPN and SMN‐SN CAPs. Furthermore, the pattern of localized brain age acceleration showed spatial similarities with the SMN‐SN CAP. Accelerated structural brain aging in PD adversely affects brain function, manifesting as dysregulated brain network dynamics. These findings provide insights into the neuropathological mechanisms underlying neurodegenerative diseases and imply the possibility of interventions for modifying PD progression by slowing the brain aging process.