单细胞RNA测序技术在水产养殖动物上的应用

单细胞RNA测序技术是生命科学领域中的革命性技术,为动植物的细胞异质性图谱构建、细胞谱系追踪、免疫响应机制解析等研究提供了强有力的工具。近年来,单细胞RNA测序技术在水产养殖动物中也得到了广泛应用。本文就单细胞RNA测序技术的发展、原理及其在水产养殖动物研究中的应用进行综述,并对其目前存在的问题及未来发展趋势进行分析与展望,以期推动该技术在水产养殖动物研究中更广泛的应用,加速水产养殖动物单细胞水平生命活动的调控机制研究进程。

人脐带间充质干细胞的异质性探讨及基于单细胞RNA测序结果的亚群分析

目的探讨人脐带间充质干细胞(hUCMSCs)的异质性,并基于单细胞RNA测序结果进行亚群分析。方法选择两株由郑州奥博细胞医学实验室有限公司提供的hUCMSCs(分别命名为hUCMSCs-1和hUCMSCs-2),通过实时荧光定量聚合酶链反应(qPCR)进行干性基因[性别决定区Y-box 2(Sox2)、Nanog]检测。对hUCMSCs进行成骨诱导,3 d后检测成骨基因碱性磷酸酶(Alp)的表达,7 d后进行碱性磷酸酶染色,14 d后进行茜素红染色。对两株hUCMSCs进行成软骨诱导,21 d后检测成软骨基因二型胶原(COL2A1)的表达。用10 ng/mL白细胞介素-1β(IL-1β)刺激大鼠软骨细胞24 h,与hUCMSCs-1和hUCMSCs-2共培养后,检测软骨细胞合成代谢基因蛋白聚糖(ACAN)和分解代谢基因基质金属蛋白酶3(MMP3)的表达。对hUCMSCs-1进行单细胞RNA测序,并根据功能进行亚群分组,通过生物信息学分析方法描绘各个亚群标志基因热图、富集的信号通路。结果两株hUCMSCs的Sox2、Nanog、Alp、COL2A1表达水平差异有统计学意义(P<0.05)。在成骨诱导7 d后,hUCMSCs-1的碱性磷酸酶染色程度深于hUCMSCs-2。在成骨诱导14 d后,茜素红染色结果显示,hUCMSCs-1钙结节数量多于hUCMSCs-2。经IL-1β干预后,软骨细胞与两株hUCMSCs共培养后的MMP3表达水平差异有统计学意义(P<0.05),但ACAN表达水平差异不显著(P>0.05)。基于单细胞RNA测序结果,hUCMSCs-1可分为C1、C2、C3三个功能亚群。C1亚群的信号通路在细胞外基质受体相互作用上富集,与软骨细胞合成代谢相关;C2亚群信号通路在细胞衰老和凋亡上富集,与细胞的自我更新相关;C3亚群信号通路在DNA复制和减数分裂上富集,与细胞周期相关。结论不同个体来源的hUCMSCs存在异质性,其在成骨、成软骨和抗分解代谢能力方面可能存在差异。通过单细胞RNA测序可较好地根据hUCMSCs的功能特性对其进行分群,有助于提高间充质干细胞治疗的临床疗效。

基于单细胞RNA测序数据对胰腺癌肿瘤微环境中缺氧肿瘤亚群的探究

胰腺癌作为恶性程度极高的肿瘤之一,多数患者确诊时已处于不可切除或转移性阶段。随着单细胞RNA测序(single-cell RNA-sequencing, scRNA-seq)技术的发展,我们能够以更高分辨率深入探索肿瘤微环境(tumor microenvironment, TME)的内部异质性,从而揭示胰腺癌进展中预后不良的关键机制。先前研究指出,缺氧是实体瘤TME的固有特性,能激活血管生成与转移相关的信号通路,但缺氧TME的异质性仍需进一步阐释。通过基因集富集分析、拟时序分析和细胞间通讯分析等手段,对胰腺癌scRNA-seq数据进行分析,识别出具有不同生物学功能的肿瘤亚群,特别是与缺氧密切相关的亚群。该缺氧肿瘤亚群与不良预后紧密相关,据此构建的风险评分模型可有效预测胰腺癌患者总生存期。本研究加深了对胰腺癌TME的了解,为胰腺癌预后的预测提供了一定参考。

基于单细胞RNA测序数据的基因调控网络推断算法综述

通过基因表达的变化可以推断基因调控网络.单细胞RNA测序(scRNA-seq)为推断细胞周期或分化等时间依赖性生物过程的基因调控网络提供了新的可能性,基于scRNA-seq数据的基因调控网络推断算法成为一个相对活跃的研究方向.本文首先对26种基因调控网络推断算法进行介绍,包括3种针对批量RNA测序数据的推断算法和23种针对scRNA-seq数据的推断算法(基于布尔网络的算法2种、基于微分方程的算法3种、基于伪时序基因相关性集成策略的算法5种、基于共表达基因的算法4种、基于细胞特异性的算法3种、基于深度学习的算法6种),详细描述了每类算法的方法原理和算法优缺点,对算法进行综合比较;然后分析了推断算法比较研究的相关成果,并使用scRNA-seq数据简单评估了26种算法的性能;最后探讨当前基因调控网络推断算法面临的机遇与挑战.

单细胞测序与Bulk RNA测序联合分析构建膀胱癌风险预后模型

目的本研究致力于开发一种基于膀胱癌核心细胞差异性表达基因的预后风险评估模型。通过在多个数据集中验证其效力,旨在为膀胱癌患者提供一个新的临床应用工具,用于预后风险评估。方法本研究综合利用了单细胞和Bulk RNA测序数据。我们首先从GEO数据库下载并分析了相关的膀胱癌单细胞和芯片RNA数据集。通过生物信息学方法,我们鉴定了核心细胞的差异性表达基因,并对其进行了功能及通路富集分析。基于这些分析,我们使用单变量和多变量Cox回归方法筛选出与膀胱癌预后显著相关的关键基因,并据此构建了一个预后风险评估模型。该模型在TCGA-BLCA数据集中进一步进行了效力验证。结果经过全面的生物信息学分析,我们鉴定出了223个核心细胞的差异性表达基因。这些基因在细胞外基质的结构和功能方面发挥着重要作用。构建的预后风险评估模型包括5个独立的预后相关基因(MFAP5、PDE4D、ISG15、ADAMTS1和FGL2)。在GEO和TCGA-BLCA数据集中的验证结果表明,该模型具有良好的预测效力,为膀胱癌患者的预后评估提供新型生物学标志工具。结论本研究成功开发了一个基于5个关键基因标志物的膀胱癌预后风险评估模型并具有良好的预测效力。此模型的开发为膀胱癌的生物学研究和临床预后评估提供了一个新的工具,有助于更好地理解膀胱癌的生物学特性并指导患者的个性化治疗。

单细胞RNA测序技术及其在医学研究中的应用

单细胞RNA测序技术在近10年来迅速发展,技术在不断地革新,新的技术层出不穷。单细胞RNA测序技术在医学科研领域的探索中起着重要的作用,利用单细胞RNA测序不仅可以构建细胞图谱、鉴定细胞亚群以及分析细胞的异质性和细胞间的通讯来揭示相关疾病的分子机制,还可以依赖此技术设计靶向药物来指导肿瘤等疾病的治疗。单细胞RNA测序的技术的革新以及与其他技术的结合可以挖掘出更加丰富的生物学信息,为医学科研领域做出贡献,单细胞RNA测序技术具有广阔的应用前景。

单细胞RNA测序技术在肺癌肿瘤微环境研究中的进展

免疫微环境对肿瘤的发生发展起着关键作用。近年来,随着高通量测序技术的飞速发展,研究人员对肿瘤微环境中的免疫细胞组成及其功能有了更深入的了解。然而,传统的群体测序技术难以解析单个细胞层面的异质性,限制了对肿瘤微环境复杂性的全面理解。单细胞RNA测序技术的兴起,为揭示肺癌免疫微环境的异质性带来了新的机遇。当前以T细胞为中心的免疫治疗在临床中容易出现免疫原性耐药或者免疫相关性肺炎等影响预后的副作用,其关键因素是肿瘤微环境中免疫细胞与肿瘤细胞的相互作用发生了变化。而单细胞RNA测序技术可以从细胞间互作、拟时序分析等角度揭示肿瘤微环境中不同亚群间的起源与作用,进而发现新的细胞亚群或新生生物标志物,为揭示免疫治疗的耐药及疗效监测等提供新的途径。该综述系统回顾了单细胞RNA测序技术在揭示肺癌特别是免疫治疗后肺癌微环境异质性方面的最新研究进展,为促进肺癌免疫治疗的精准化与个体化提供参考。

基于高通量RNA测序分析Wilms瘤中关键基因对预后及免疫应答的影响

目的探索肾母细胞瘤(WT)中关键基因及其对预后和免疫应答的潜在影响。方法采用高通量RNA测序技术分析临床肿瘤样本和配对正常组织的mRNA全面表达谱,并鉴定差异表达基因。使用GO、KEGG和GSEA富集分析探索差异表达基因在肾母细胞瘤中的潜在生物学功能和机制。使用STRING数据库鉴定HUB基因。LASSO回归用于构建HUB基因预后模型。基于cBioPortal平台分析关键HUB基因的突变特征并对其免疫治疗效果进行预测。采用qPCR验证关键HUB基因的差异表达。结果本研究筛选出1612个差异表达基因,其中1030个上调,582个下调。GO、KEGG或GSEA富集分析显示,差异基因集与细胞周期和免疫应答有关,一定程度上参与了WT的发生发展。基于STRING数据库构建差异基因的PPI网络,进一步确定了10个HUB基因。其中4个HUB基因(TP53、MED1、CCNB1和EGF)被证实与WT患儿的生存密切相关。通过LASSO回归分析构建WT患者的三基因预后签名,根据该签名将患者分为高危或低危组,生存分析显示显著的预后差异(HR=1.814,Log-rank P=0.002)。该模型的3年、5年和7年生存ROC曲线的AUC值均大于0.7。突变分析显示,关键HUB基因整体突变或TP53/CCNB1的单独突变与较低的生存率密切相关,其中TP53高表达与较差的免疫治疗疗效有关。qPCR结果显示,关键HUB基因在肿瘤组织和细胞中呈现出显著的表达差异。结论TP53基因在WT中发挥重要作用,可能成为新的免疫治疗生物标志物和治疗靶点。

单细胞RNA测序联合实验验证树突状细胞在慢性阻塞性肺疾病中的核心基因

目的 单细胞RNA测序(scRNA-Seq)联合实验验证树突状细胞在慢性阻塞性肺疾病(COPD)中的核心基因。方法从基因表达数据集(GEO)数据库下载单细胞数据GSE173896和芯片数据GSE38974。GSE173896进行质控、批次矫正、降维聚类、细胞类型注释及组间树突状细胞差异表达基因(DC-DEG)鉴定。GSE38974差异分析得到的差异基因(DEG)与DC-DEG取交集获取共有DC-DEG,评估共有DC-DEG对COPD的诊断效能和共有DC-DEG富集分析及其与GSE38974免疫细胞浸润中激活的树突状细胞(DC)、浆细胞样树突状细胞(pDC)和Th17细胞的相关性。肺气肿小鼠模型肺组织对共有DC-DEG的mRNA表达量进行实验验证。结果 GSE173896得到组间DC-DEG 18个,GSE38974得到646个DEG,两者取交集得到3个DC-DEG,包括白细胞介素1受体拮抗剂(IL1RN)、 S100钙结合蛋白A8(S100A8)和S100A9,曲线下面积(AUC)值分别为0.841、 0.804和0.966。基因本体论分析(GO)和京都基因与基因组百科全书(KEGG)主要富集于慢性炎症反应、含胶原蛋白的细胞外基质、晚期糖基化终产物受体(RAGE)结合、 Toll样受体(TLR)结合、白细胞介素17(IL-17)信号通路等。IL1RN、 S100A8和S100A9均与激活的DC、 pDC及Th17细胞呈正相关。实验验证结果显示肺气肿小鼠肺组织IL1RN、 S100A8和S100A9的mRNA相对表达量上调。结论 IL1RN、 S100A8和S100A9可能是DC在COPD发病机制中的核心基因,为后续COPD的免疫治疗提供潜在靶点和理论依据。

基于单细胞RNA测序技术的肝癌手术前后外周血B细胞基因表达谱研究

目的探索肝细胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)患者手术前后外周血B细胞基因表达谱的变化。方法收集2022年9月在广西医科大学附属肿瘤医院行肝切除术治疗的3例HCC患者手术前及手术后的外周血样本,提取外周血单个核细胞(peripheral blood mononuclear cell,PBMC)并进行单细胞RNA测序(single-cell RNA sequencing,scRNA-seq)。根据测序数据进行B细胞数量分析、上下调基因差异分析、KEGG分析、GSEA-KEGG及GSEA-GO分析和细胞通讯分析,比较手术前后B细胞的动态改变。结果PBMC经scRNA-seq分析识别出了标记基因为MS4A1、CD79A的细胞簇,即B细胞群。B细胞群重新聚类分析后可分为记忆B(memory B)细胞、初始B(naive B)细胞和浆母细胞(plasmablasts)共3个细胞亚群。与术前组相比,术后组naive B和plasmablasts细胞占比升高,memory B细胞占比降低。手术前后B细胞中共筛选出285个显著差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs),其中S100A8、S100A9、IL1R2、MALAT1等152个基因在手术后显著上调(P<0.05),RPS27A、RPS3A、RPS12、RPS3等133个基因在手术后显著下调(P<0.05)。KEGG分析发现手术后B细胞中显著下调的DEGs主要富集到核糖体、抗原处理和提呈通路。GSEA-KEGG分析发现手术后B细胞中表达上调的基因集显著富集于癌症中的转录失调、P53信号通路,表达下调的基因集显著富集于核糖体、抗原处理和提呈通路;GSEA-GO分析发现手术后B细胞中表达上调的基因集显著富集于环氧化酶P450途径、信号模式识别受体活性,表达下调的基因集显著富集于免疫球蛋白复合物、T细胞受体复合物。手术后B细胞与T细胞之间的通讯增强,且手术后配体-受体对CD22-PTPRC在B细胞与B细胞、B细胞与Mono细胞之间的通讯概率上调(P<0.01)。无论是手术前还是手术后,CD22信号通路对B细胞与T细胞之间的通讯均具有较强调控能力。结论HCC患者外周血B细胞基因表达谱在手术前后发生动态变化且与外周血B细胞免疫功能相关,可为研究外周血B细胞的抗肿瘤免疫作用提供新的参考依据。

高通量RNA测序技术分析结肠腺瘤转变为结肠癌的关键基因

目的:通过RNA测序技术分析比较正常结肠组织、结肠腺瘤及癌组织中基因表达谱的差异,识别从结肠腺瘤发展为结肠癌过程中的关键基因,并探究其潜在机制。方法:对同一患者的正常结肠组织、腺瘤及癌组织进行RNA测序分析,识别在结肠癌中显著表达、腺瘤组织中不显著表达的差异基因并进行GO和KEGG功能富集分析。结果:在结肠癌中显著表达、腺瘤组织中不显著表达的差异基因有4307个,其中5个差异最大的基因是EPYC、LINC01614、MCEMP1、NOX4、CLEC5A。对这些基因进行GO和KEGG功能富集分析发现,主要富集于生物过程调节、细胞过程调节、蛋白质结合等生物学过程和癌症通路、PI3K-Akt信号通路、MAPK信号通路等。结论:EPYC、LINC01614、MCEMP1、NOX4、CLEC5A等多个基因参与结肠腺瘤到结肠癌发展的过程,这些基因有望成为结直肠癌的治疗靶点。

单细胞RNA测序技术在胶质母细胞瘤研究中的应用

胶质母细胞瘤是成人脑部最常见的原发恶性肿瘤,尽管近年来在改善预后方面做出了巨大的努力,其中位生存期仍低于20个月,且存活时间超过20个月的患者不到5%。胶质母细胞瘤的标准治疗方案为最大限度的手术切除,联合放疗及替莫唑胺化疗。单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术精准分析每个独特的细胞,使我们能够更好地理解肿瘤的异质性、肿瘤细胞的演化过程、肿瘤免疫微环境中各类细胞的特殊功能及细胞间相互作用,从而为临床的个体化治疗提供新思路。该综述重点关注scRNA-seq技术在胶质母细胞瘤的异质性、肿瘤免疫微环境、细胞通讯以及治疗研究中的应用。

单细胞RNA测序技术在肾病中的研究进展

单细胞转录组测序(scRNA-seq)技术为生物医学带来了许多新发现,能高分辨率、高通量和可重复地进行转录分析,识别新的细胞类型,形成细胞图谱。而传统测序方法只能反映样本中所有细胞基因表达的整体水平而无法揭示单个细胞之间的基因表达异质性。本文阐述了scRNA-seq技术发展史,概述该技术可能应用于揭示肾脏疾病的发生机制,有利于肾病诊断和治疗。

基于RNA测序探究发热对巨噬细胞吞噬沙门菌极化状态的影响

目的 基于高通量RNA测序技术探究温度对吞噬伤寒沙门菌巨噬细胞极化的影响。方法 制备37、38、39、40℃ 4种温度条件下巨噬细胞感染伤寒沙门菌模型,RNA测序分析各温度条件下感染伤寒沙门菌组和未感染伤寒沙门菌组的共同差异表达基因,对巨噬细胞M1、M2极化相关基因进行转录分析和趋势分析。结果 分析得到1 256条共同上调基因,1 231条共同下调基因,将其中与巨噬细胞M1、M2极化相关基因进行转录分析和趋势分析后,发现随温度升高(低于39℃),巨噬细胞向M1极化能力逐渐增强,温度继续升高(40℃),其向M1极化能力逐渐衰减;与此同时,随温度升高,巨噬细胞向M2极化的能力也逐渐增强。结论 适当的发热有利于巨噬细胞M1极化,而温度过高则会诱导巨噬细胞提前向易产生免疫逃逸的M2极化。

单细胞RNA测序应用于继发性肾病的研究进展

糖尿病肾病、狼疮性肾炎是主要的继发性肾病,是导致终末期肾病的重要原因。探究继发性肾病发生发展过程有利于减少肾功能损害。肾脏细胞具有高度分化且结构复杂的特点,传统测序方法只能探究一类细胞的平均转录水平及关系。近年来,单细胞RNA测序(single-cell RNA-sequencing,scRNA-seq)技术迅猛发展,以高通量及高分辨率对肾组织、血液、尿液细胞样本进行分析,识别新的细胞类型和状态,绘制细胞图谱,从细胞水平维度揭示肾脏疾病的复杂机制,发现生物标志物和细胞特异性。该文就scRNA-seq技术在常见继发性肾病的应用进展进行综述。

单细胞RNA测序在子宫内膜异位症中的研究进展

子宫内膜异位症(EMS)发病机制不明,其临床表现与组织病理呈异质性特征,而单细胞RNA测序技术在研究样本量小而异质性大的组织中具有优势。本文分析了近年应用单细胞RNA测序在EMS中所绘制的细胞图谱特征、识别的细胞新亚型、发现的细胞新功能等成果,从免疫、炎症、纤维化、血管及神经生成等微环境角度解析与疾病相关的不孕、恶变等新机制,为研究者提供新思路。

单细胞RNA测序揭示星形胶质细胞的异质性

背景:星形胶质细胞是中枢神经系统含量最丰富的细胞,存在多种亚型具有很强的异质性,执行着多种特殊功能。近年来,单细胞RNA测序技术从转录组分析的角度扩展了人们对星形胶质细胞异质性的理解。目的:综述单细胞RNA测序技术对星形胶质细胞在不同物种、不同时空以及不同疾病状态异质性研究的进展,扩展对星形胶质细胞异质性在分子和功能层面的认识。方法:检索PubMed、Elsevier及中国知网数据库收录的星形胶质细胞异质性及单细胞RNA测序研究相关文献,中文检索词为“星形胶质细胞、单细胞RNA测序、异质性、阿尔茨海默综合征、脊髓损伤、多发性硬化症”;英文检索词为“astrocytes,scRNA-seq,heterogeneity,Alzheimer disease,spinal cord injury,multiple sclerosis”等,经过入组标准筛选,最终纳入74篇文献进行综述。结果与结论:星形胶质细胞的单细胞RNA测序相关研究显示,星形胶质细胞在不同物种、发育阶段、中枢神经系统区域和病理状态4个方面均存在明显的异质性。①不同物种的星形胶质细胞出现某些基因的独特表达,物种特异基因的发现对临床研究的转化大有裨益。②在星形胶质细胞发育过程中,各阶段鉴定出的细胞亚型出现了基因的差异表达,这进一步细化了星形胶质细胞的细胞谱系,为星形胶质细胞发育轨迹和机制的研究奠定基础。③差异基因表达的发现可以对不同星形胶质细胞亚群进行区域定位,为构建“细胞图谱”做出贡献,为神经疾病的诊疗提供帮助。④单细胞RNA测序揭示的星形胶质细胞异质性可以在疾病诊断时提供特异性标志,发现潜在的治疗靶点。⑤星形胶质细胞异质性存在于多个方面,交互且复杂,其产生、维持和转化的机制尚不清楚,目前在单细胞水平上的分子研究仍缺乏,将转录定义的星形胶质细胞亚群与细胞活动、行为和疾病标志实时联系起来仍然是该领域的巨大挑战之一。

单细胞RNA测序及其在肺癌诊疗中的应用进展

肺癌具有高度异质性,其在我国恶性肿瘤中的发病率和死亡率均居第1位。传统的RNA测序技术只能反映样品的平均基因表达水平,近年发展起来的单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术通过识别不同的细胞亚群,探索肿瘤异质性和解剖肿瘤微环境,为理解复杂的肿瘤生物学铺平了道路。目前scRNA-seq技术在异质性、肿瘤微环境、生物标志物、治疗和耐药性等方面越来越多地应用于肺癌的研究。文章综述了scRNA-seq技术的基本发展过程及其在肺癌研究领域的应用现状。

单细胞RNA测序揭示维持性血液透析患者外周血免疫细胞的转录组特征

目的:通过单细胞RNA测序(scRNA-seq)揭示维持性血液透析(MHD)患者的外周血单个核细胞(PBMC)的转录组特征及免疫状态。方法:使用scRNA-seq技术对MHD患者PBMC进行了研究,揭示其在相关疾病中的状态及分子特性的变化。采用无监督聚类和注释分析对PBMC进行了分类和鉴别,对主要细胞类型进行了差异基因富集和细胞间通讯分析。同时,通过分析代谢组学数据集和临床实验室指标进行进一步验证。结果:成功建立了MHD患者PBMC的转录组图谱,鉴定了8种主要细胞类型。通过与健康对照组进行差异基因功能富集分析,发现MHD患者的淋巴细胞和单核细胞炎症相关通路富集评分显著上升,B淋巴细胞的脂质代谢通路富集评分下降,而单核细胞的脂质通路富集评分则呈上升趋势。细胞通讯结果显示,T细胞和单核细胞在多种信号通路中扮演着发送者和接收者的角色。此外,代谢组学分析表明,患者外周血中脂质代谢产物增多。临床实验室结果进一步验证了患者存在较高的炎症和脂质水平。结论:scRNA-seq揭示MHD患者外周循环血液中长期伴有免疫失调、慢性炎症及脂质代谢的紊乱。

单细胞RNA测序在骨科常见疾病发病机制研究中的应用进展

类风湿关节炎、骨关节炎、椎间盘退变、骨质疏松症是骨科常见疾病,其发病机制目前尚未完全明确。单细胞RNA测序是近年来快速发展起来的一种高通量测序技术,已被应用于骨科常见疾病发病机制的研究中,并取得了一定的研究成果。本文概述了单细胞RNA测序,并对其在类风湿关节炎、骨关节炎、椎间盘退变、骨质疏松症等骨科常见疾病发病机制研究中的应用进展进行了综述。