10x Genomics单细胞转录组2020年3月文章集锦

发稿时间：2020-04-27来源：天昊生物

 

2020年3月份10x Genomics平台单细胞转录组文章共计42篇（数据来源于10x官网），我们精选其中10篇文章总结了研究内容供大家阅读，文末汇总了其它文章的相关信息。

 

（一）

DNA甲基化的干扰重塑了造血分化图谱

DNA甲基化相关基因突变(DNAme；例如TET2和DNMT3A)在血液系统恶性肿瘤和克隆造血中经常被发现。将单细胞测序应用于小鼠造血干细胞和祖细胞，结果观察到这些突变破坏了造血分化，导致Tet2或Dnmt3a缺失后红细胞与骨髓单核祖细胞的频率发生相反的变化。值得注意的是，这些变化可以追溯到未定向造血干细胞转录启动的倾斜(skews)。为了使全基因组的DNAme改变与特定的红细胞对骨髓单核细胞的倾斜相一致，研究提供了证据支持转录因子的差异敏感性是由于它们的结合基序(motif)中存在CpG富集的偏差。具有靶向基因分型的单细胞转录组技术显示在DNMT3A突变的人类克隆造血骨髓祖细胞的转录启动中表现出类似的倾斜。这些数据表明，DNAme塑造了造血分化的拓扑图，并支持这一个模型：在该模型中，全基因组甲基化的变化通过转录因子结合基序CpG富集的偏倚被转换到分化的倾斜。

实验设计及单细胞RNA测序数据的整合和聚类分析

（二）

 

MicroRNA-146a调节由免疫检查点抑制剂引起的免疫相关不良反应

免疫检查点抑制剂(ICI)治疗已显示出在治疗各种癌症的显著优势。然而，与免疫相关的不良反应(irAEs)频繁发生，会导致ICI治疗终止。MicroRNA-146a (miR-146a)在免疫细胞中具有调节功能。研究观察到，在2种不同的小鼠模型中，与WT小鼠相比，缺乏miR-146a的小鼠在几种irAE靶器官中产生了明显更严重的irAE。在ICI处理后，miR-146a^-/-小鼠T细胞活化和效应功能增强。此外，在经ICI处理的miR-146a^-/-小鼠中，脾脏和炎症肠中的中性粒细胞数量显著增加。miR-146a模拟药物治疗可减轻irAE严重程度。为了在患者中验证本研究的临床前发现，进而分析了MIR146A基因中的SNP对167例ICIs治疗患者irAE严重程度的影响。结果发现，导致miR-146a表达减少的SNP rs2910164与发生严重irAEs的风险增加、无进展生存期减少以及在基线和ICI治疗期间中性粒细胞计数增加相关。总之，研究发现miR-146a是预防ICI介导的自身免疫失调的一个分子靶点。此外，本研究还发现了MIR146A SNP rs2910164作为预测ICI治疗患者严重的irAE发展的生物标志物。

 

（三）

 

ACE2在人心脏中的表达提示了SARS-CoV-2感染患者心脏损伤的新的可能机制

一种新型冠状病毒SARS-CoV-2引起的新型肺炎最近在中国爆发，并蔓延到许多其他国家。该疾病命名为COVID-19，与SARS-CoV、MERS-CoV感染患者相似，近20%患者病情严重。心脏损伤是重症患者常见的并发症，加重了冠状病毒(COVID-19)患者的病情严重程度。血管紧张素转换酶2(ACE2)是SARS-CoV-2的关键宿主细胞受体，已在多个器官中发现，但其在人心脏中的细胞分布尚不清楚。本研究首次对成人心脏进行了最新的单细胞图谱分析，发现高表达ACE2的周细胞可能是SARS-CoV-2的靶心肌细胞。病毒感染引起的周细胞损伤可导致毛细血管内皮细胞功能障碍，引起微血管功能障碍。基础型心衰患者的ACE2 mRNA和蛋白水平均显示出表达增高，这意味着如果感染病毒，这些患者可能有更高的心脏病发作和危重症的风险。本研究的发现解释了患有基本的心血管疾病COVID-19患者中严重病例的高发生率，这些结果也可能为严重感染SARS-CoV-2的心脏损伤患者的临床治疗提供重要参考。

 

（四）

 

利用汇总统计(summary statistics)整合差异表达和基因集富集分析进行scRNA-seq研究

差异表达(DE)分析和基因集富集(GSE)分析常用于单细胞RNA测序(scRNA-seq)研究中。本研究开发了一个整合的和可扩展的计算方法，iDEA，通过一个层次贝叶斯框架进行联合DE和GSE分析。通过整合DE和GSE分析，iDEA可以提高DE分析的能力和一致性，并且提高GSE分析的准确性。重要的是，iDEA只使用DE 汇总统计信息进行输入，通过补充和配对现有的各种DE方法来实现有效的数据建模。本研究用大量的模拟来说明iDEA的优势。还应用iDEA来分析三个scRNA-seq数据集，其中iDEA实现了比现有GSE方法多五倍的增益，比现有DE方法多64%的增益。iDEA带来的增益使我们能够识别出许多现有方法无法识别的通路。

 

 

（五）

 

IRE1α缺失诱导的β细胞去分化可预防1型糖尿病

免疫介导的胰岛素生成β细胞的破坏导致1型糖尿病(T1D)。然而，对β细胞在疾病过程中如何参与自身的破坏知之甚少。本研究报道了在非肥胖糖尿病(NOD)小鼠β细胞中，通过在发生胰岛炎(insulitis)之前敲除未折叠蛋白反应(UPR)传感器IRE1α来调节UPR，诱导了β细胞的瞬时去分化，导致胰岛免疫细胞浸润和β细胞凋亡显著减少。对未成熟β细胞的单细胞和全胰岛转录组分析显示，β细胞自身抗原和MHC I类成分的表达明显减少，免疫抑制标记物的表达上调。IRE1α缺陷小鼠胰腺中细胞毒性CD8+ T细胞明显减少，总T细胞过继转移在Rag1^-/-小鼠中未诱发糖尿病。这些结果表明在发生胰岛炎之前，诱导β细胞去分化可以使这些细胞逃脱免疫介导的破坏，并可作为T1D高危人群的一种新的预防策略。

 

（六）

 

单核RNA测序显示再生和非再生心肌细胞损伤的动态转录反应

成年哺乳动物的心脏在受伤后不能再生。相比之下，新生小鼠的心脏可以在出生后的第一周内有效地再生。介导再生反应的分子机制及其在后期生活中的阻滞作用尚不清楚。本研究通过单核RNA测序绘制了健康、损伤和再生小鼠心脏中5个不同心肌细胞群的动态转录图谱。结果鉴定出未成熟的心肌细胞，它们在受伤后进入细胞周期，随着心脏失去再生能力而消失。这些增殖的新生心肌细胞在核转录因子Y亚基α(NFYα)和NFE2L1转录因子的作用下（其分别发挥增殖和保护功能），表现出独特的转录程序。这两种因子的心脏过表达可保护成熟小鼠心脏免受缺血性损伤，否则无法再生。这些发现促进了我们对新生心脏再生的细胞基础的理解，并揭示了损伤后心脏修复的转录图谱。

 

（七）

 

上皮性Vegfa在小鼠肺中特化出一个独特的内皮细胞群

肺微血管是气体交换所必需的，通常认为是均质的。本研究发现，在小鼠肺中上皮细胞的VEGFA对于一类不同的内皮细胞(EC)群是必需的。Vegfa主要由肺泡1型(AT1)细胞表达，局部对于一类ECs的特化是需要的。单细胞RNA测序(scRNA-seq)表明大约15%的肺ECs转录是不同的—由Car4所标记—并且在bulk ECs中出现，轨迹分析也证实了这一结果。Car4 ECs具有广泛的细胞预测，通过有限的基底膜与AT1细胞分离开，没有中间的周细胞。Car4 ECs在上皮Vegfa缺失时特异性消失；没有Car4 ECs，尽管肌成纤维细胞外观正常，肺泡腔却异常增大。肺Car4 ECs和视网膜末梢ECs具有相同和不同的特征。这些发现支持AT1细胞的信号作用，并解释了肺泡形成。

 

 

（八）

CD8+ T细胞可塑性调控2型糖尿病中血管再生

在本研究中，观察到2型糖尿病(T2D)患者和小鼠的缺血组织中CD8+ T细胞明显多于各自的正常血糖对照。然而，CD8+ T细胞在糖尿病血管并发症发病机制中的作用研究较少。

方法：本研究使用非溶性抗CD8抗体在小鼠模型中进行功能丧失研究，该抗体可阻止CD8+ T细胞组织浸润到损伤组织中。还对CD8+ T细胞进行了全基因组范围的单细胞RNA测序，以揭示其在糖尿病血管疾病发病机制中的作用。

结果：损伤后患者和小鼠缺血组织中CD8+ T细胞的数量与血管密度呈负相关。CD8+ T细胞或其上清液可直接损伤人和小鼠的血管生成。与损伤后血管能够再生的正常血糖小鼠相比，T2D小鼠无法实现这一再生过程中。CD8检查点抑制抗体治疗可增加Lepr^db/db小鼠和饮食诱导的糖尿病Cdh5-Cre、Rosa-YFP谱系示踪小鼠缺血损伤后内皮细胞的增殖和功能。此外，单细胞转录组分析显示，T2D小鼠的CD8+ T细胞在损伤后表现出新生细胞命运的改变：在损伤后从血管生成的、组织驻留的记忆细胞向效应细胞和效应记忆细胞转变。CD8检查点抑制的功能血管再生是通过释放来自T2D小鼠的CD8+ T细胞的这种平衡谱系承诺来介导的。

结论：本研究结果显示CD8+ T细胞可塑性调控血管再生；并为针对与肥胖和糖尿病相关的血管疾病的免疫治疗的潜在发展提供临床相关的见解。

 

 

（九）

 

肝脏疾病的多组学方法：将人肝脏的单核转录组学与蛋白质组学和HiCap细胞群数据整合

肝脏是最大的实体器官，也是主要的代谢中枢。近年来，完整的细胞核被用来对难以解离的组织和快速冻存的组织样本进行单核RNA-seq (snRNA-seq)，以发现未知和罕见的细胞亚群。这项研究对肝脏样本进行snRNA-seq分析，以识别基于核转录组学的细胞亚群。在4282个单细胞核中，平均检测到1377个活跃基因，并确定了7种主要的细胞类型。研究整合了来自同一肝脏样本的7682个启动子的94,286个远端相互作用的数据(p < 0.05)，这些数据来自于靶向染色体构像捕获技术(HiCap)和质谱蛋白质组学。利用组织独立的基因特异性蛋白质丰度评估因子，观察到蛋白质组学与模拟的bulk snRNA-seq (r = 0.47)之间存在合理的相关性。进一步专门研究了具有医学重要性的基因。DPYD基因参与了氟嘧啶毒性的药物遗传，并对其部分变异进行了临床分析。结果发现了一个新的多态调控元件，它可能导致毒性的变化。肝细胞癌(HCC)是最常见的原发性肝癌类型，研究了所有已知的风险基因。进而发现了SLC2A2基因和16个候选增强子的复杂的调控图谱。在全基因组泛癌分析数据集中，其中3种存在体细胞基序断裂和其他突变，可能导致恶性肿瘤。这一研究结果强调了多组学方法在人类疾病研究中的潜力。

 

 

（十）

 

肝损伤后肝血窦相关细胞的转录动态

背景和目的：肝窦细胞是已知的应对损伤纤维化反应的细胞。激活的肝星状细胞(HSCs)、肝窦内皮细胞和Kupffer细胞负责窦状毛细血管化和窦周基质沉积，破坏血管交换并增加晚期纤维化的风险。虽然整个发病机制已被很好地理解，但纤维形成过程中细胞转变之间的功能关系才刚刚开始得到解决。在单细胞分辨率下，本研究探讨了单个细胞类型的异质性，并分析了它们在纤维形成过程中的转变和相互作用。

方法和结果：应用单细胞转录组学方法来绘制健康肝和损伤肝中肝窦相关细胞的异质性，并重建从周细胞到肌成纤维细胞的单细胞HSC轨迹。通过激活状态对每个肝窦细胞群进行分层，并预测了损伤后肝窦交流的变化。通过对HSC轨迹的加权基因共表达网络分析，发现核心基因的表达对NASH患者的晚期纤维化具有高度的预测作用。在损伤抑制基因模块的核心成员中，确定了质膜囊泡相关蛋白(PLVAP)是一种在小鼠和人HSCs细胞中充分表达的蛋白。PLVAP的表达在损伤后激活的HSCs中被抑制，因此可能确定HSCs在调节微循环交换及其在慢性肝病中迄今为止未知的作用。

结论：本研究提供了哺乳动物肝脏药物性损伤的单细胞解决方案，并确定了可能在肝窦完整性中发挥重要作用的关键基因，并作为人NASH中进展性纤维化的标志物。