10x Genomics單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組2020年3月文章集錦

發(fā)稿時(shí)間：2020-04-27來源：天昊生物

 

2020年3月份10x Genomics平臺(tái)單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組文章共計(jì)42篇（數(shù)據(jù)來源于10x官網(wǎng)），我們精選其中10篇文章總結(jié)了研究內(nèi)容供大家閱讀，文末匯總了其它文章的相關(guān)信息。

 

（一）

DNA甲基化的干擾重塑了造血分化圖譜

DNA甲基化相關(guān)基因突變(DNAme；例如TET2和DNMT3A)在血液系統(tǒng)惡性腫瘤和克隆造血中經(jīng)常被發(fā)現(xiàn)。將單細(xì)胞測(cè)序應(yīng)用于小鼠造血干細(xì)胞和祖細(xì)胞，結(jié)果觀察到這些突變破壞了造血分化，導(dǎo)致Tet2或Dnmt3a缺失后紅細(xì)胞與骨髓單核祖細(xì)胞的頻率發(fā)生相反的變化。值得注意的是，這些變化可以追溯到未定向造血干細(xì)胞轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)的傾斜(skews)。為了使全基因組的DNAme改變與特定的紅細(xì)胞對(duì)骨髓單核細(xì)胞的傾斜相一致，研究提供了證據(jù)支持轉(zhuǎn)錄因子的差異敏感性是由于它們的結(jié)合基序(motif)中存在CpG富集的偏差。具有靶向基因分型的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組技術(shù)顯示在DNMT3A突變的人類克隆造血骨髓祖細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)中表現(xiàn)出類似的傾斜。這些數(shù)據(jù)表明，DNAme塑造了造血分化的拓?fù)鋱D，并支持這一個(gè)模型：在該模型中，全基因組甲基化的變化通過轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合基序CpG富集的偏倚被轉(zhuǎn)換到分化的傾斜。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及單細(xì)胞RNA測(cè)序數(shù)據(jù)的整合和聚類分析

（二）

 

MicroRNA-146a調(diào)節(jié)由免疫檢查點(diǎn)抑制劑引起的免疫相關(guān)不良反應(yīng)

免疫檢查點(diǎn)抑制劑(ICI)治療已顯示出在治療各種癌癥的顯著優(yōu)勢(shì)。然而，與免疫相關(guān)的不良反應(yīng)(irAEs)頻繁發(fā)生，會(huì)導(dǎo)致ICI治療終止。MicroRNA-146a (miR-146a)在免疫細(xì)胞中具有調(diào)節(jié)功能。研究觀察到，在2種不同的小鼠模型中，與WT小鼠相比，缺乏miR-146a的小鼠在幾種irAE靶器官中產(chǎn)生了明顯更嚴(yán)重的irAE。在ICI處理后，miR-146a^-/-小鼠T細(xì)胞活化和效應(yīng)功能增強(qiáng)。此外，在經(jīng)ICI處理的miR-146a^-/-小鼠中，脾臟和炎癥腸中的中性粒細(xì)胞數(shù)量顯著增加。miR-146a模擬藥物治療可減輕irAE嚴(yán)重程度。為了在患者中驗(yàn)證本研究的臨床前發(fā)現(xiàn)，進(jìn)而分析了MIR146A基因中的SNP對(duì)167例ICIs治療患者irAE嚴(yán)重程度的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致miR-146a表達(dá)減少的SNP rs2910164與發(fā)生嚴(yán)重irAEs的風(fēng)險(xiǎn)增加、無進(jìn)展生存期減少以及在基線和ICI治療期間中性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)增加相關(guān)?？傊芯堪l(fā)現(xiàn)miR-146a是預(yù)防ICI介導(dǎo)的自身免疫失調(diào)的一個(gè)分子靶點(diǎn)。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)了MIR146A SNP rs2910164作為預(yù)測(cè)ICI治療患者嚴(yán)重的irAE發(fā)展的生物標(biāo)志物。

 

（三）

 

ACE2在人心臟中的表達(dá)提示了SARS-CoV-2感染患者心臟損傷的新的可能機(jī)制

一種新型冠狀病毒SARS-CoV-2引起的新型肺炎最近在中國爆發(fā)，并蔓延到許多其他國家。該疾病命名為COVID-19，與SARS-CoV、MERS-CoV感染患者相似，近20%患者病情嚴(yán)重。心臟損傷是重癥患者常見的并發(fā)癥，加重了冠狀病毒(COVID-19)患者的病情嚴(yán)重程度。血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2(ACE2)是SARS-CoV-2的關(guān)鍵宿主細(xì)胞受體，已在多個(gè)器官中發(fā)現(xiàn)，但其在人心臟中的細(xì)胞分布尚不清楚。本研究首次對(duì)成人心臟進(jìn)行了最新的單細(xì)胞圖譜分析，發(fā)現(xiàn)高表達(dá)ACE2的周細(xì)胞可能是SARS-CoV-2的靶心肌細(xì)胞。病毒感染引起的周細(xì)胞損傷可導(dǎo)致毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙，引起微血管功能障礙?；A(chǔ)型心衰患者的ACE2 mRNA和蛋白水平均顯示出表達(dá)增高，這意味著如果感染病毒，這些患者可能有更高的心臟病發(fā)作和危重癥的風(fēng)險(xiǎn)。本研究的發(fā)現(xiàn)解釋了患有基本的心血管疾病COVID-19患者中嚴(yán)重病例的高發(fā)生率，這些結(jié)果也可能為嚴(yán)重感染SARS-CoV-2的心臟損傷患者的臨床治療提供重要參考。

 

（四）

 

利用匯總統(tǒng)計(jì)(summary statistics)整合差異表達(dá)和基因集富集分析進(jìn)行scRNA-seq研究

差異表達(dá)(DE)分析和基因集富集(GSE)分析常用于單細(xì)胞RNA測(cè)序(scRNA-seq)研究中。本研究開發(fā)了一個(gè)整合的和可擴(kuò)展的計(jì)算方法，iDEA，通過一個(gè)層次貝葉斯框架進(jìn)行聯(lián)合DE和GSE分析。通過整合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分析的準(zhǔn)確性。重要的是，iDEA只使用DE 匯總統(tǒng)計(jì)信息進(jìn)行輸入，通過補(bǔ)充和配對(duì)現(xiàn)有的各種DE方法來實(shí)現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)建模。本研究用大量的模擬來說明iDEA的優(yōu)勢(shì)。還應(yīng)用iDEA來分析三個(gè)scRNA-seq數(shù)據(jù)集，其中iDEA實(shí)現(xiàn)了比現(xiàn)有GSE方法多五倍的增益，比現(xiàn)有DE方法多64%的增益。iDEA帶來的增益使我們能夠識(shí)別出許多現(xiàn)有方法無法識(shí)別的通路。

 

 

（五）

 

IRE1α缺失誘導(dǎo)的β細(xì)胞去分化可預(yù)防1型糖尿病

免疫介導(dǎo)的胰島素生成β細(xì)胞的破壞導(dǎo)致1型糖尿病(T1D)。然而，對(duì)β細(xì)胞在疾病過程中如何參與自身的破壞知之甚少。本研究報(bào)道了在非肥胖糖尿病(NOD)小鼠β細(xì)胞中，通過在發(fā)生胰島炎(insulitis)之前敲除未折疊蛋白反應(yīng)(UPR)傳感器IRE1α來調(diào)節(jié)UPR，誘導(dǎo)了β細(xì)胞的瞬時(shí)去分化，導(dǎo)致胰島免疫細(xì)胞浸潤和β細(xì)胞凋亡顯著減少。對(duì)未成熟β細(xì)胞的單細(xì)胞和全胰島轉(zhuǎn)錄組分析顯示，β細(xì)胞自身抗原和MHC I類成分的表達(dá)明顯減少，免疫抑制標(biāo)記物的表達(dá)上調(diào)。IRE1α缺陷小鼠胰腺中細(xì)胞毒性CD8+ T細(xì)胞明顯減少，總T細(xì)胞過繼轉(zhuǎn)移在Rag1^-/-小鼠中未誘發(fā)糖尿病。這些結(jié)果表明在發(fā)生胰島炎之前，誘導(dǎo)β細(xì)胞去分化可以使這些細(xì)胞逃脫免疫介導(dǎo)的破壞，并可作為T1D高危人群的一種新的預(yù)防策略。

 

（六）

 

單核RNA測(cè)序顯示再生和非再生心肌細(xì)胞損傷的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)錄反應(yīng)

成年哺乳動(dòng)物的心臟在受傷后不能再生。相比之下，新生小鼠的心臟可以在出生后的第一周內(nèi)有效地再生。介導(dǎo)再生反應(yīng)的分子機(jī)制及其在后期生活中的阻滯作用尚不清楚。本研究通過單核RNA測(cè)序繪制了健康、損傷和再生小鼠心臟中5個(gè)不同心肌細(xì)胞群的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)錄圖譜。結(jié)果鑒定出未成熟的心肌細(xì)胞，它們?cè)谑軅筮M(jìn)入細(xì)胞周期，隨著心臟失去再生能力而消失。這些增殖的新生心肌細(xì)胞在核轉(zhuǎn)錄因子Y亞基α(NFYα)和NFE2L1轉(zhuǎn)錄因子的作用下（其分別發(fā)揮增殖和保護(hù)功能），表現(xiàn)出獨(dú)特的轉(zhuǎn)錄程序。這兩種因子的心臟過表達(dá)可保護(hù)成熟小鼠心臟免受缺血性損傷，否則無法再生。這些發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了我們對(duì)新生心臟再生的細(xì)胞基礎(chǔ)的理解，并揭示了損傷后心臟修復(fù)的轉(zhuǎn)錄圖譜。

 

（七）

 

上皮性Vegfa在小鼠肺中特化出一個(gè)獨(dú)特的內(nèi)皮細(xì)胞群

肺微血管是氣體交換所必需的，通常認(rèn)為是均質(zhì)的。本研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠肺中上皮細(xì)胞的VEGFA對(duì)于一類不同的內(nèi)皮細(xì)胞(EC)群是必需的。Vegfa主要由肺泡1型(AT1)細(xì)胞表達(dá)，局部對(duì)于一類ECs的特化是需要的。單細(xì)胞RNA測(cè)序(scRNA-seq)表明大約15%的肺ECs轉(zhuǎn)錄是不同的—由Car4所標(biāo)記—并且在bulk ECs中出現(xiàn)，軌跡分析也證實(shí)了這一結(jié)果。Car4 ECs具有廣泛的細(xì)胞預(yù)測(cè)，通過有限的基底膜與AT1細(xì)胞分離開，沒有中間的周細(xì)胞。Car4 ECs在上皮Vegfa缺失時(shí)特異性消失；沒有Car4 ECs，盡管肌成纖維細(xì)胞外觀正常，肺泡腔卻異常增大。肺Car4 ECs和視網(wǎng)膜末梢ECs具有相同和不同的特征。這些發(fā)現(xiàn)支持AT1細(xì)胞的信號(hào)作用，并解釋了肺泡形成。

 

 

（八）

CD8+ T細(xì)胞可塑性調(diào)控2型糖尿病中血管再生

在本研究中，觀察到2型糖尿病(T2D)患者和小鼠的缺血組織中CD8+ T細(xì)胞明顯多于各自的正常血糖對(duì)照。然而，CD8+ T細(xì)胞在糖尿病血管并發(fā)癥發(fā)病機(jī)制中的作用研究較少。

方法：本研究使用非溶性抗CD8抗體在小鼠模型中進(jìn)行功能喪失研究，該抗體可阻止CD8+ T細(xì)胞組織浸潤到損傷組織中。還對(duì)CD8+ T細(xì)胞進(jìn)行了全基因組范圍的單細(xì)胞RNA測(cè)序，以揭示其在糖尿病血管疾病發(fā)病機(jī)制中的作用。

結(jié)果：損傷后患者和小鼠缺血組織中CD8+ T細(xì)胞的數(shù)量與血管密度呈負(fù)相關(guān)。CD8+ T細(xì)胞或其上清液可直接損傷人和小鼠的血管生成。與損傷后血管能夠再生的正常血糖小鼠相比，T2D小鼠無法實(shí)現(xiàn)這一再生過程中。CD8檢查點(diǎn)抑制抗體治療可增加Lepr^db/db小鼠和飲食誘導(dǎo)的糖尿病Cdh5-Cre、Rosa-YFP譜系示蹤小鼠缺血損傷后內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和功能。此外，單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析顯示，T2D小鼠的CD8+ T細(xì)胞在損傷后表現(xiàn)出新生細(xì)胞命運(yùn)的改變：在損傷后從血管生成的、組織駐留的記憶細(xì)胞向效應(yīng)細(xì)胞和效應(yīng)記憶細(xì)胞轉(zhuǎn)變。CD8檢查點(diǎn)抑制的功能血管再生是通過釋放來自T2D小鼠的CD8+ T細(xì)胞的這種平衡譜系承諾來介導(dǎo)的。

結(jié)論：本研究結(jié)果顯示CD8+ T細(xì)胞可塑性調(diào)控血管再生；并為針對(duì)與肥胖和糖尿病相關(guān)的血管疾病的免疫治療的潛在發(fā)展提供臨床相關(guān)的見解。

 

 

（九）

 

肝臟疾病的多組學(xué)方法：將人肝臟的單核轉(zhuǎn)錄組學(xué)與蛋白質(zhì)組學(xué)和HiCap細(xì)胞群數(shù)據(jù)整合

肝臟是最大的實(shí)體器官，也是主要的代謝中樞。近年來，完整的細(xì)胞核被用來對(duì)難以解離的組織和快速凍存的組織樣本進(jìn)行單核RNA-seq (snRNA-seq)，以發(fā)現(xiàn)未知和罕見的細(xì)胞亞群。這項(xiàng)研究對(duì)肝臟樣本進(jìn)行snRNA-seq分析，以識(shí)別基于核轉(zhuǎn)錄組學(xué)的細(xì)胞亞群。在4282個(gè)單細(xì)胞核中，平均檢測(cè)到1377個(gè)活躍基因，并確定了7種主要的細(xì)胞類型。研究整合了來自同一肝臟樣本的7682個(gè)啟動(dòng)子的94,286個(gè)遠(yuǎn)端相互作用的數(shù)據(jù)(p < 0.05)，這些數(shù)據(jù)來自于靶向染色體構(gòu)像捕獲技術(shù)(HiCap)和質(zhì)譜蛋白質(zhì)組學(xué)。利用組織獨(dú)立的基因特異性蛋白質(zhì)豐度評(píng)估因子，觀察到蛋白質(zhì)組學(xué)與模擬的bulk snRNA-seq (r = 0.47)之間存在合理的相關(guān)性。進(jìn)一步專門研究了具有醫(yī)學(xué)重要性的基因。DPYD基因參與了氟嘧啶毒性的藥物遺傳，并對(duì)其部分變異進(jìn)行了臨床分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的多態(tài)調(diào)控元件，它可能導(dǎo)致毒性的變化。肝細(xì)胞癌(HCC)是最常見的原發(fā)性肝癌類型，研究了所有已知的風(fēng)險(xiǎn)基因。進(jìn)而發(fā)現(xiàn)了SLC2A2基因和16個(gè)候選增強(qiáng)子的復(fù)雜的調(diào)控圖譜。在全基因組泛癌分析數(shù)據(jù)集中，其中3種存在體細(xì)胞基序斷裂和其他突變，可能導(dǎo)致惡性腫瘤。這一研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了多組學(xué)方法在人類疾病研究中的潛力。

 

 

（十）

 

肝損傷后肝血竇相關(guān)細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄動(dòng)態(tài)

背景和目的：肝竇細(xì)胞是已知的應(yīng)對(duì)損傷纖維化反應(yīng)的細(xì)胞。激活的肝星狀細(xì)胞(HSCs)、肝竇內(nèi)皮細(xì)胞和Kupffer細(xì)胞負(fù)責(zé)竇狀毛細(xì)血管化和竇周基質(zhì)沉積，破壞血管交換并增加晚期纖維化的風(fēng)險(xiǎn)。雖然整個(gè)發(fā)病機(jī)制已被很好地理解，但纖維形成過程中細(xì)胞轉(zhuǎn)變之間的功能關(guān)系才剛剛開始得到解決。在單細(xì)胞分辨率下，本研究探討了單個(gè)細(xì)胞類型的異質(zhì)性，并分析了它們?cè)诶w維形成過程中的轉(zhuǎn)變和相互作用。

方法和結(jié)果：應(yīng)用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)方法來繪制健康肝和損傷肝中肝竇相關(guān)細(xì)胞的異質(zhì)性，并重建從周細(xì)胞到肌成纖維細(xì)胞的單細(xì)胞HSC軌跡。通過激活狀態(tài)對(duì)每個(gè)肝竇細(xì)胞群進(jìn)行分層，并預(yù)測(cè)了損傷后肝竇交流的變化。通過對(duì)HSC軌跡的加權(quán)基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析，發(fā)現(xiàn)核心基因的表達(dá)對(duì)NASH患者的晚期纖維化具有高度的預(yù)測(cè)作用。在損傷抑制基因模塊的核心成員中，確定了質(zhì)膜囊泡相關(guān)蛋白(PLVAP)是一種在小鼠和人HSCs細(xì)胞中充分表達(dá)的蛋白。PLVAP的表達(dá)在損傷后激活的HSCs中被抑制，因此可能確定HSCs在調(diào)節(jié)微循環(huán)交換及其在慢性肝病中迄今為止未知的作用。

結(jié)論：本研究提供了哺乳動(dòng)物肝臟藥物性損傷的單細(xì)胞解決方案，并確定了可能在肝竇完整性中發(fā)揮重要作用的關(guān)鍵基因，并作為人NASH中進(jìn)展性纖維化的標(biāo)志物。