基于肠道菌群探讨运动改善2型糖尿病小鼠骨髓内皮组细胞功能的影响研究

目的:探讨有氧联合抗阻运动是否通过改善肠道有益菌群的多样性、丰度、结构及其对2型糖尿病小鼠骨髓内皮祖细胞(endothelial progenitor cells,EPCs)功能的影响。方法:将40只8周龄雄性db/db小鼠随机分为空白对照组(DZ组)糖尿病模型+有氧联合抗阻运动组(联合运动)(L组)、糖尿病模型+粪便移植组(SY组)、糖尿病模型组(TJ组),每组10只。L组进行8周有氧联合抗阻运动干预,于周一、周三和周五进行有氧运动,周二、周四和周六进行抗阻运动,6 d/周。SY组和TJ组分别采用L组运动8周后的小鼠粪便和DZ组小鼠粪便制成悬浊液予灌肠,2次/d,共14 d。灌肠结束后检测各组小鼠骨髓EPCs增殖、迁移、黏附和体外血管生成能力,采用流式细胞仪检测鉴定EPCs表型CD34和CD31,16SrRNA检测各组小鼠粪便肠道菌群的丰度及多样性ELISA检测各组小鼠血清胰高血糖素样肽-1(glucagon-like peptide1,GLP-1)。结果:肠道菌群多样性结果显示,在纲水平上,与TJ组比较,SY组小鼠肠道Clostridia(54.60%vs.32.21%)和Bacteroidia(47.63%vs.36.39%)的丰度上升,Gammaproteobacteria(0.30%vs.12.57%)丰度下降,差异有统计学意义(P=0.019、P=0.028、P=0.002)与DZ组比较,SY组小鼠的肠道Bacteroidia(47.63%vs.38.5%)丰度上升,Bacilli(2.56%vs.12.36%)丰度下降,差异有统计学意义(P=0.021、P=0.039)。在科水平上,与DZ组比较,SY组小鼠肠道产丁酸盐细菌Lachnospiraceae(43.86%vs.26.44%)和Oscillospiraceae(7.8%vs.2.15%)的丰度显著升高(P=0.004、P=0.001)与TJ组比较,SY组小鼠肠道Lachnospiraceae(43.86%vs.32.89%)、Lactobacillaceae(9.89%vs.3.8%)和Oscillospiraceae(7.8%vs.2.21%)菌群丰度显著升高(P=0.045、P=0.006、P=0.001)。SY组小鼠EPCs增殖、迁移、黏附和血管生成能力明显高于DZ组和TJ组(P=0.002、P=0.000、P=0.000、P=0.000、P=0.016、P=0.049、P=0.019、P=0.026)。DZ组SY组和TJ组3组小鼠血清GLP-1(pmmol/L)含量(1.90±0.22,2.82±0.40和2.24±0.49)比较,差异有统计学意义(F=31.082,P=0.000)。与DZ组比较,SY组小鼠血清GLP-1水平明显升高(P=0.000)与TJ组相比,SY组小鼠血清GLP-1水平显著升高(P=0.000)肠道菌群数量与内皮组细胞功能相关性分析结果显示:Clostridia(r=0.696,P=0.041)、Oscillospiraceae(r=0.697,P=0.037)Muribaculaceae与内皮组细胞迁移能力(r=0.753,P=0.019)和血管生成(r=0.810,P=0.008)呈正相关。结论:有氧联合抗阻运动可能通过提高2型糖尿病小鼠肠道有益菌的丰度、多样性及结构及提高GLP-1表达,从而改善2型糖尿病小鼠骨髓EPCs功能。

天子蓝盘丽鱼皮肤组织的单细胞转录组测序

【目的】通过单细胞转录组测序比较天子蓝盘丽鱼和野生阿莲卡盘丽鱼皮肤组织中与体色形成相关的基因表达模式,为深入研究鱼类体色及良种选育提供数据基础,也为盘丽鱼或其他水产鱼类进行单细胞转录组研究提供技术借鉴。【方法】利用单细胞转录组测序技术对天子蓝(人工选育)和阿莲卡(野生型)2种盘丽鱼的皮肤组织进行转录组测序,经fastp质控过滤后,通过Cell Ranger比对参考基因组生成单细胞表达矩阵文件,使用Seurat进行降维聚类后构建转录组图谱,筛选出细胞类型识别与鉴定的标记基因;同时以阿莲卡盘丽鱼为对照,通过DEGseq筛选出2个样本间的差异表达基因(DEGs),并进行GO功能注释分析和KEGG信号通路富集分析。【结果】经单细胞转录组测序,从天子蓝、阿莲卡盘丽鱼样本中获得的原始序列(Raw reads)分别为815237286和728886552条;将2个样本整合后共捕获17035个细胞,经过滤及降维聚类后得到18个细胞簇(C0~C17),参考已知和潜在的标记基因,被注释为13种细胞类型及其亚型,基本涵盖了鱼类皮肤组织中的大部分细胞类型。基于伪批量(Pseudo-bulk)处理,从2个样本间筛选出20个DEGs(8个在天子蓝盘丽鱼皮肤组织中高表达,12个在阿莲卡盘丽鱼皮肤组织中高表达),主要注释到与气体传递、氧化代谢相关的GO功能条目。在单细胞维度,选择黑色素细胞和虹彩细胞2个细胞集群进行样本间差异分析,结果显示:在黑色素细胞中存在8个DEGs,主要富集于热应答、未折叠蛋白结合、生长因子活性、金属离子结合等信号通路。在虹彩细胞中存在25个DEGs,KEGG信号通路富集分析发现主要富集于凋亡、沙门氏菌感染和MAPK等信号通路,涉及细胞生存、应激响应和信号传导等功能。【结论】TSPAN3A、PTGES、ATF3、JUNK、GADD45GA、HSP70L、FOSAB等基因在调节天子蓝盘丽鱼皮肤体色、色素合成与沉着等方面发挥重要作用,而黑色素合成不活跃可能是导致天子蓝盘丽鱼体色较阿莲卡盘丽色更加鲜艳和绚丽的主要原因之一。

灵长类动物心脏衰老中的单细胞转录组生物信息学研究

目的:利用单细胞转录组数据探究灵长类动物心脏衰老的潜在分子机制。方法:利用高通量测序数据库Genome Sequence Archive中查找到的和“primate cardiac aging”有关的单细胞测序原始数据集CRA002689和CRA002810,通过细胞聚类、注释和差异表达基因分析筛选调控心脏衰老可能的信号通路。结果:过滤得到220915个细胞测序数据,其中年轻组心脏细胞78546个,年老组心脏细胞142369个,聚类成15个细胞亚群,纤维原细胞(Fib)细胞亚群占比最高。上皮细胞(Epi)中差异表达基因数目最多,而抗炎巨噬细胞(M2)中差异表达基因数目最少。差异表达基因显著富集于“supramolecular fiber organization”和“actin filament-based process”等通路。结论:上皮细胞在心脏衰老过程中发生了较大的变化,其可能在心脏衰老过程中起着重要的作用,上皮细胞的“supramolecular fiber organization”和纤维原细胞“actin filament-based process”通路与衰老密切相关。

单细胞转录组测序技术在骨质疏松症研究中的应用与进展

背景:骨质疏松导致的脆性骨折发病率逐年上升,亟需探索其病理生理、潜在生物标志物、治疗靶点及有效药物。骨微环境中存在多种细胞,对骨代谢的维持至关重要。近几年,单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术被开发用于表征单个细胞的转录组,并逐步应用到骨质疏松症防治的研究。目的:综述单细胞转录组测序技术在骨质疏松症研究中的应用与进展。方法:由第一作者使用计算机检索Web of Science,PubMed和中国知网数据库中2009-2023年出版的文献,英文检索词为:“single-cell RNA sequencing,bone marrow derived stromal cells,osteoblasts,osteocytes,osteoclasts,immune cells,Bone marrow vascular endothelial cells”;中文检索词为:“单细胞转录组测序,骨髓间充质干细胞,成骨细胞,骨细胞,破骨细胞,免疫细胞,骨髓血管内皮细胞”;通过阅读筛选相关文献,最终纳入89篇文献进行综述分析。结果与结论:①单细胞转录组测序技术能够深入了解细胞发育、增殖、分化的轨迹及其调控机制。②影响骨密度的候选基因主要富集在骨髓间充质干细胞亚群,其中Sox9是关键的转录因子。③成骨细胞不同亚群中差异表达Runx2控制骨髓间充质干细胞向成骨细胞方向分化。④破骨细胞分化过程中RAB38与组蛋白修饰和转录调控动态变化有关。⑤单细胞层面研究证实,骨微环境中存在多种细胞间通讯,破骨细胞可能通过CD160-TNFRSF14配体-受体结合进行细胞间通讯;中性粒/单核细胞与成骨细胞间可能通过RESISTIN通路进行交互;浆样树突状细胞与成骨细胞系通过表皮生长因子通路进行交流;均可以为靶点预测和药物研发提供方向。⑥新的骨髓毛细血管内皮细胞亚群,称为S型内皮细胞,完全起源于骨骺次级骨化中心,甚至比H型血管更具有可塑性。⑦文章从细胞角度总结单细胞转录组测序技术在表征不同骨组织细胞的分化命运和分化轨迹、识别新的细胞亚群、鉴定细胞调控因子及明确细胞间通讯的研究进展,为探讨骨质疏松症的病理机制、筛选潜在诊断标志物、预测治疗靶点及探究药物作用机制提供细胞层面的信息。⑧未来单细胞测序技术将向单细胞多组学(基因组、蛋白组学及代谢组学)方向及结合其他诸如空间转录组技术为骨组织细胞变化提供更有价值的信息。

基于单细胞多组学数据解析结直肠癌动态调控扰动

目的探讨结直肠癌恶性转变过程中的分子特征及其调控网络扰动,深入剖析结直肠癌恶性转变的微环境异质性并识别潜在治疗靶点。方法首先从Gene Expression Omnibus(GEO)数据库中收集单细胞转录组测序数据,从欧洲分子生物学实验室(EMBL)收集单细胞ATAC测序数据。数据共涉及来自14例患者的70例样本,包含22例正常样本、43例息肉样本和5例肿瘤样本。首先对scRNA-Seq测序数据进行预处理,基于Seurat包筛除双细胞和低质量细胞,对scATAC-Seq测序数据使用10X Cell Ranger-atac进行原始数据处理,并使用Signac包去除低质量细胞,得到三个阶段的scRNA-Seq和scATAC-Seq细胞图谱。进一步数据整合,基于Pando R包推断T细胞和上皮细胞的转录调控网络,通过mfinder软件分析网络motif和拓扑属性,对转录因子进行分级分析。最后,基于随机森林算法进行细胞分子特征预测及预后分析。结果筛选出202465个scRNA-Seq测序细胞和136422个scATAC-Seq测序细胞。基于数据整合分析,构建不同癌变阶段的细胞图谱。结果发现,随着结直肠癌进展,肿瘤微环境组成发生显著变化,尤其是T细胞和上皮细胞在不同疾病阶段的比例有较大差异。基于单细胞多组学数据整合,利用Pando包推断结直肠癌不同阶段的转录调控网络,揭示了T细胞和上皮细胞中转录因子及其调控关系的动态变化。功能富集分析结果显示在T细胞和上皮细胞中,转录因子所调控的功能在不同的疾病阶段有明显差异。基于转录调控网络分析发现,T细胞和上皮细胞转录调控网络符合无标度网络特性。网络motif分析揭示了在不同阶段存在的特定motif模式,反映了网络拓扑结构的动态变化,且网络中大多数相互作用都具有阶段特异性。共享转录因子的层级在癌变过程中也会发生变化。最后基于转录因子调控网络构建的分类器可以成功识别T细胞和上皮细胞,表明其作为细胞分子特征的有效性。进一步识别出与患者生存显著相关的网络motif,揭示其在结直肠癌预后中的潜在作用。结论基于整合单细胞多组学数据构建转录调控网络,解析随结直肠癌的进展转录调控网络及其功能的动态变化,揭示了结直肠癌进展过程中的细胞分子特征及关键预后motif,为结直肠癌的分子机制及预后评估提供了深刻见解。

单细胞转录组测序技术与椎间盘退变的发病机制

背景:椎间盘退变在临床上被认为是引起下腰痛的主要病因,但由于椎间盘退变发病机制尚不明确,目前仍缺乏有效手段来延缓疾病进展。单细胞转录组测序技术可以在单个细胞水平对mRNA进行扩增和测序,揭示单个细胞的基因表达强度,根据细胞的异质性发现组织中的不同细胞亚群,在分子水平上研究椎间盘退变的发病机制,为其早期诊断和治疗提供新的理论依据。目的:介绍了单细胞转录组测序技术的基本原理并综述了近年来单细胞转录组测序技术在椎间盘退变发病机制中的研究进展。方法:应用计算机系统检索PubMed、Web of Science、中国知网和万方数据库中2012-2022年出版的文献,英文检索词为:“single-cell RNA sequencing,intervertebral disc degeneration,sequencing technology”;中文检索词为“单细胞转录组测序,椎间盘退变,测序技术”。排除重复、质量较差及不相关的文献,最终纳入70篇文献进行综述分析。结果与结论:①鉴定了稳态软骨样细胞、肥大软骨样髓核细胞、纤维髓核细胞等新型细胞亚群,识别了这几种细胞亚群的标记基因、转录因子,并阐述了这几种细胞亚群在椎间盘退变发生发展过程中的功能及分化轨迹和细胞命运,同时提出了祖细胞概念,确定了具备祖细胞特性的细胞亚群,在小鼠体内验证了该细胞亚群治疗椎间盘退变的有效性。②识别了兼具软骨特性和纤维特性的纤维软骨样纤维环细胞和纤维环干细胞,并在体外结合纤维软骨诱导剂和丝素蛋白及透明质酸制备了一种新型复合水凝胶,通过小鼠体内实验验证了这种水凝胶既能修复纤维环组织也能恢复软骨基质,对于椎间盘退变有显著治疗效果。③在终板软骨组织中发现了调节性软骨细胞,其在椎间盘退变进展中出现2种截然不同的命运并明确了2种命运中的差异基因,细胞间通讯分析表示调节性软骨细胞与内皮细胞之间互相作用从而促进血管生成。④在退变椎间盘组织中鉴定出巨噬细胞、T细胞、髓系祖细胞和嗜中性粒细胞等免疫细胞,证明了椎间盘退变过程中存在免疫反应,并发现载脂蛋白诱导了巨噬细胞M1和M2亚型的极化,这种极化过程通过MIF信号通路放大炎症反应来影响髓核祖细胞的活性。

基于单细胞转录组测序分析骨关节炎软骨细胞分化的分子机制

目的深度分析骨关节炎(osteoarthritis,OA)软骨细胞分化的单细胞转录组数据,探究其关键性靶基因及分子机制,为临床靶向治疗骨关节炎提供分子理论依据。方法从GEO数据库下载数据集(GSE104782),包含10个骨关节炎样本及1464个软骨单细胞测序结果,运用R语言分析软骨细胞分化中关键Marker基因,并采用质控和数据过滤、PCA、TSNE、细胞轨迹、GO、KEGG信号通路及蛋白互助网络分析揭示软骨细胞分化机制。结果该数据集共包含基因17380种、20个主成分、9种细胞类型、1886个Marker基因及6种分化途径,其中软骨祖细胞为软骨最早分化细胞。GO分析涉及软骨发育、结缔组织发育等生物过程;涉及含胶原蛋白细胞外基质、内质网内腔等细胞组分;涉及肝素结合、糖胺聚糖结合等分子功能。KEGG通路分析涉及蛋白质消化吸收、ECM受体相互作用、人乳头瘤病毒感染、补体与凝血级联反应、PI3K-Akt信号通路等信号通路。运用Cytoscape 3.7.2软件获得5个关键Marker基因(COL1A1、COL2A1、VEGFA、COL1A2、DCN)。结论运用单细胞转录组测序发现骨关节炎软骨细胞共有6种分化途径及多种Marker基因的潜在特征,进一步从单细胞角度阐述骨关节炎的发病机制。

单细胞转录组测序在病原微生物肺部感染研究中的应用

肺部感染是指在终末气道、肺泡腔及肺间质中由细菌、真菌和病毒等病原体诱发的炎症,是威胁人类健康的全球十大问题之一。2019年,世界卫生组织数据显示肺部感染致全球近260万死亡,位列第四大死因^([1]),而且,成人肺部感染的发作次数呈上升趋势,特别是≥70岁的男性患者数量增幅最为显著^([2])。病原微生物的感染是病原体与免疫相互作用的结果,不同病原体引起的肺部感染作用机制不同,感染的病原体可激活免疫信号通路和诱导炎症风暴,诱发急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS)^([3]),导致预后不佳,甚至死亡。

单细胞转录组测序在肿瘤浸润免疫细胞中的研究进展

免疫细胞与肿瘤进展及治疗密切相关。单细胞转录组测序(single-cell RNA sequencing, scRNA-seq)已广泛应用于解析肿瘤浸润免疫细胞的生物学行为、机制及其与机体的关系。scRNA-seq能全面剖析肿瘤浸润免疫细胞并促进临床个体化精准治疗。

单细胞转录组测序技术在帕金森病中的应用

背景:帕金森病以中脑特别是黑质致密部为主要病理改变,导致患者运动和非运动功能受损。目前研究受制于细胞异质性,其发病机制仍需要更深入的阐明。近些年,单细胞转录组测序(single-cell RNA sequencing,scRNA-seq)逐渐应用于神经退行性疾病中,对于理解细胞间异质性、疾病发展机制和治疗策略有重要意义。目的:综述近些年scRNA-seq技术应用于帕金森病的研究进展,为scRNA-seq在帕金森病诊断和治疗中应用提供理论基础。方法:由第一作者应用计算机系统检索中国知网、万方医学网数据库、PubMed、Web of Science数据库的相关文献,中文检索词为“单细胞RNA测序,帕金森病,细胞异质性,细胞亚型,多巴胺能神经元,胶质细胞”;英文检索词为“single-cell RNA-seq,Parkinson Disease,heterogeneity,subtypes,dopaminergic neurons,glial cells”,最终纳入71篇文献进行综述分析。结果与结论:(1)scRNA-seq是一种在单细胞水平上利用RNA测序对特定细胞群体进行基因表达谱定量的高通量实验技术,从分子水平揭示细胞奥秘。与传统的测序技术相比,scRNA-seq技术通过对细胞转录组进行自动聚类分析,从而揭示各种生理和病理情况下复杂组织中细胞类型多样性和特异性基因表达的变化。(2)通过scRNA-seq阐明多巴胺能神经元发育过程以及各种细胞亚型的独特功能特性,从而更好地了解具有潜在治疗作用的分子靶点。(3)利用scRNA-seq分析,提高了研究者对帕金森病胶质细胞反应的了解,从而全面表征了不同的细胞类型群体,并鉴定出与神经变性相关的胶质细胞亚群,绘制了有价值的单细胞图谱,作为未来研究的参考数据。(4)应用scRNA-seq检测胚胎小鼠以及干细胞,将有助于改善细胞治疗的体外分化方案和质量控制,以及评估干细胞衍生的中脑多巴胺能神经元的整体细胞质量和发育阶段。

单细胞转录组测序解析化疗后舌鳞癌免疫细胞动态图谱和肿瘤细胞耐药异质性

目的:探究舌鳞癌免疫和肿瘤细胞亚群的转录组异质性和化疗相关的变化。方法:研究收集了首都医科大学附属北京口腔医院口腔颌面头颈肿瘤科确诊舌鳞状细胞癌(简称舌鳞癌)、接受相同化疗方案却出现化疗疗效差异的2位患者的化疗前、后的肿瘤和外周血单核细胞样本共8例,进行单细胞转录组测序,并对测序结果进行数据分析。使用多重免疫荧光技术观察T细胞化疗前后变化和疗效出现差异的患者之间肿瘤细胞marker基因表达情况对比。结果:根据经典marker基因的表达将获得的细胞分成T细胞和NK细胞、B细胞和浆细胞、上皮细胞等12个主要的细胞亚群。数据分析结果显示,化疗后舌鳞癌免疫和肿瘤亚群细胞图谱发生了显著变化。2位化疗效果不同的患者在特定亚型的T细胞、NK细胞和髓样细胞表现出转录组异质性和化疗相关变化,多重免疫荧光实验发现化疗后舌鳞癌肿瘤微环境中Tregs细胞减少,而CTL细胞增加。此外,该研究探索了化疗前后肿瘤细胞的异质性,并定义了三组具有不同生物学特征和恶性程度的肿瘤细胞亚群。多重免疫荧光显示疗效较差者的原发肿瘤组织比疗效好者具有更多高度恶性组肿瘤细胞。结论:研究结果解析了化疗后舌鳞癌免疫和肿瘤细胞的异质性,对影响舌鳞癌化疗效果的因素提出了新的见解,有助于识别潜在免疫治疗靶点。

间充质干细胞分泌组发挥作用的分子机制

背景:大量研究证实间充质干细胞分泌组的治疗有效性与间充质干细胞相当,但对于其发挥作用的机制尚不清楚。目的:总结近年来关于间充质干细胞分泌组的研究进展,探究其发挥治疗作用的分子机制,分析目前面临的问题并展望未来发展方向。方法:以“exosomes,mesenchymal stem cells secrete,extracellular vesicles,mesenchymal stem cells,mechanism”为英文检索词检索PubMed数据库相关文献,排除与文章研究目的无关及重复性文章,同时结合文献追踪的方法,最终纳入符合要求的109篇文献进行综述。结果与结论:(1)间充质干细胞分泌组通过递送遗传物质、免疫调节因子和生长因子等到靶细胞,通过激活靶细胞抗凋亡和促生存途径,调节血管生成,调节纤维化以及调节免疫微环境,促进组织修复和再生。(2)间充质干细胞分泌组在疾病治疗方面的潜力也得到证实,大量研究结果表明,间充质干细胞分泌组可以作为炎症疾病和退行性疾病的新型无细胞替代治疗方法。(3)近年来,经过工程化改造间充质干细胞分泌组发挥的治疗作用更加高效,但是由于间充质干细胞分泌组的异质性以及成分的复杂性,其发挥治疗作用的具体机制尚不清楚。(4)目前,仍需要进一步研究来明确间充质干细胞分泌组发挥治疗作用的关键靶点,并且未来应结合工程化和基因工程技术等,研发出具有创新性的特异型、增强型间充质干细胞分泌组。

单细胞转录组测序技术在水产养殖领域的应用

单细胞转录组测序技术可揭示不同组织细胞间和同一组织不同细胞间的异质性,已大量用于模式物种研究,但在水产养殖物种中的应用则处于起步阶段。综述单细胞转录组测序技术在水产养殖物种的人工繁殖、良种选育和病害防控相关研究中的应用,指出其在应用过程中存在样本采集、单细胞分离、数据分析方面的困难,并提出相应的解决举措,展望其在水产养殖领域内应用的发展前景,为促进单细胞转录组测序技术在水产养殖领域的广泛应用提供参考。

三代测序和单细胞转录组测序技术在家畜雄性生殖领域的研究进展

雄性家畜优良的繁殖性能可以提高养殖效益,促进家畜种群的改良和生产性能的提升,而睾丸正常发育是雄性哺乳动物精子发生及有效繁殖力的先决条件。近年来,高通量测序技术已广泛应用于哺乳动物睾丸发育及精子发生的各项研究中。其中三代测序和单细胞转录组测序技术已经成为深入研究家畜雄性生殖及精子发生机制的有效工具。文章综述了雄性睾丸发育,三代测序和单细胞转录组测序技术及其在睾丸发育中的应用和研究进展,揭示出与雄性生殖发育相关的关键基因和途径,为提高家畜的繁殖效率及研究生殖疾病的病因提供参考依据。

口腔黏膜成纤维细胞的单细胞转录组特征

目的:探讨正常口腔黏膜和皮肤组织之间的成纤维细胞亚型构成及功能异同,建立两者间统一的成纤维细胞亚型分类,明确其功能异同,为组织修复和再生提供研究基础。方法:通过整合分别来自口腔黏膜及皮肤的4个单细胞数据库,提取其中的成纤维细胞亚群,使用harmony消除批次效应后,统一流形逼近与投影降维、聚类后将成纤维细胞亚群进行分类,通过基因集富集结果对其功能进行分析。采用R 4.2.0软件包对数据进行统计学分析。结果:共分离得到8个不同功能的成纤维细胞亚群,其功能分别与细胞外基质构成、免疫和收缩相关,在口腔黏膜与皮肤内存在统计学构成比差异。结论:成纤维细胞作为组织稳态的重要组成部分,在伤口愈合过程中起到关键作用。整合分析来自多个部位的正常皮肤组织和口腔黏膜的成纤维细胞转录数据,明确了健康状态下两者之间的亚群构成及功能差异,为提高转录组水平上对口腔黏膜和皮肤稳态和细胞功能的理解提供基础。

肺癌患者外周血和胸腔积液T细胞受体组库特征分析

目的 比较肺癌患者外周血和胸腔积液的T细胞受体(TCR)组库的免疫学特征。方法 收集2020年7月至2021年1月在复旦大学附属中山医院就诊的5例合并恶性胸腔积液肺癌患者的外周血和胸腔积液,分离外周血单个核细胞(PBMC)和胸腔积液单个核细胞(PEMC),提取基因组DNA,采用Illumina MiSeq平台对TCR进行高通量测序,分析TCR组库的多样性等特征。结果 PBMC和PEMC中的TCR克隆型、VJ pairs和互补决定区3(CDR3)序列的多样性和相关性差异均无统计学意义。PBMC中检测到的TCR克隆数量高于PEMC(P<0.05),VJ pairs和CDR3数量与PEMC差异无统计学意义。PBMC和PEMC配对样本的共有VJ pairs数量占总VJ pairs的比例高于共有克隆型和CDR3序列的数量比例(P<0.05),后两者差异无统计学意义。PEMC中高扩增克隆(HEC)数量和占比均高于PBMC。同时鉴定了36个在PBMC和PEMC中差异表达的VJ pairs,其中25个在PEMC中表达升高、9个在PEMC中表达降低。结论 肺癌患者外周血和胸腔积液的TCR组库表现出不同的特征性变化,可能为肺癌重要的免疫病理学特征。

基于单细胞核转录组测序的多发性大动脉炎外周血单个核细胞图谱分析

目的基于单细胞核转录组测序(snRNA-seq)技术描绘多发性大动脉炎(TAK)外周血单个核细胞(PBMC)基因和功能的异质性改变,阐述TAK可能的免疫机制。方法收集确诊为TAK患者的PBMC共6例为疾病组(TAK组),同期就诊的健康人群6例PBMC为正常组(NC组)。基于snRNA-seq工作流程建库测序,下机数据采用R 3.6.2软件进行主成分分析(PCA)及t-分布随机邻域嵌入(tSNE)分析等手段对两组PBMC样本池的单个核细胞的基因表达进行检测。结果TAK患者PBMC的免疫细胞的相对比例和含量都发生了改变;高克隆TCR可高度同源性匹配整合素beta-3的氨基酸序列;T细胞介导的干扰素γ和TNFα通路显著上调;TNFRSF13B+记忆B细胞比例明显升高;所有细胞类型中单核细胞所形成的的配体受体相互作用始终最多。结论TAK的发生发展过程中PBMC参与了复杂的调节,多种免疫炎症因子异常表达,其中单核细胞在PBMC的相互作用中占据了重要地位。

基于单细胞转录组学测序数据建立乳腺癌脂肪酸代谢预后模型与验证

目的:建立基于乳腺癌脂肪酸代谢(fatty acid metabolism,FAM)相关基因的预后模型,并对乳腺癌的FAM模型进行评估预后。方法:整理乳腺癌单细胞RNA测序(single-cell RNA sequencing,scRNA-seq)数据集,鉴定出乳腺上皮肿瘤细胞,通过表达水平曲线下面积(area under the curve for expression level,AUCell)分析得出乳腺癌FAM在不同肿瘤细胞内的活化程度,再与加权基因共表达分析(weighted gene co-expression network analysis,WGCNA)结果取交集得到乳腺癌FAM相关差异基因。通过单因素和多因素Cox回归建立767例患者的预后风险模型。多指标受试者工作特征曲线(receiver operating characteristic,ROC),决策分析曲线(decision analysis curve,DAC),一致性指数(concordance index,C-index)用于评估模型的准确性。最后使用GSE3143数据集验证。结果:单细胞组学分析发现597个差异基因,单变量和多变量Cox回归确定了12个与OS相关的风险相关基因:FOXQ1、TFPI2、MACC1、ACOT7、MCEE、SLC27A2、QPRT、SLC2A1、ACAA1、NDRG1、KYNU、YOD1。多指标ROC分析,DAC以及C-index均提示该模型预测准确率较高。结论:基于12个乳腺癌FAM相关基因预后模型具有一定的准确性,可更好地用于指导临床治疗。

应用自编码器插补提高猪早期胚胎单细胞转录组分析精度

【目的】自编码器作为一种深度学习算法,在单细胞转录组数据降维和插补分析上具有独特优势。评估自编码器Auto Class应用在猪早期胚胎单细胞转录组数据中的可行性,探究不同胚胎激活方式对关键基因和信号传导通路的影响。【方法】收集3种不同激活方式(体内受精、体外授精和孤雌激活)的猪早期胚胎单细胞转录组数据,采用Auto Class进行数据质控和插补分析,结合下游分析评估Auto Class性能。此外,通过差异表达基因(Differential expression genes, DEG)和功能富集分析,比较3种类型胚胎的关键基因和信号通路。【结果】经过数据质控和自编码器数据插补,聚类分析精度提高,不同激活方式的猪早期胚胎聚类清晰。单独质控只筛选出1 287个DEG,而自编码器插补后,DEG数目增加至11 523个。功能富集分析进一步挖掘出3种不同类型胚胎间显著差异的关键生物学过程和信号通路,如体内受精胚胎的基础生物学过程和细胞代谢,体外授精胚胎的性腺发育和性别决定,以及孤雌生殖胚胎的免疫防御和分泌途径调节。【结论】采用自编码器提高单细胞转录组数据的分析精度,揭示了3种胚胎激活方式影响猪早期胚胎发育的关键基因和信号通路,为深入研究猪早期胚胎发育的分子机制提供了新思路。

2023年度肿瘤单细胞与空间多组学研究进展盘点

单细胞组学技术能从单细胞分辨率解析瘤内异质性和细胞间交互,空间组学技术则从空间维度探究异质性与肿瘤微环境。因此,单细胞与空间多组学技术在肿瘤研究中具有不可替代的优势。本文针对2023年单细胞与空间多组学技术在肿瘤细胞图谱、肿瘤异质性和微环境及临床应用与药物研发的研究进展进行盘点,并尝试分析目前仍面临的挑战,以期对本领域研究者提供帮助。