單細胞&空間轉錄組測序文獻速覽導讀

01

不同方法衍生的大腦皮質類器官，哪種最“仿真”？

 

近年來，大腦類器官模型的開發(fā)快速發(fā)展，用于探索皮質類器官命運的方法也高度可變，從無抑制劑條件到雙SMAD抑制、TGFB和WNT抑制以及雙SMAD和WNT的三重組合抑制（Triple-i）。不同的方法會導致不同的發(fā)育軌跡和細胞組成，這些方法中究竟哪一個更貼近于人體的真實發(fā)育狀態(tài)呢？

本文利用單細胞轉錄組對四種iPSC細胞不同誘導方法生成的類器官進行了研究。首先對第30天的hESC衍生類器官進行bulk RNA-seq，并與Allen人腦圖譜中的胎兒大腦進行比較，發(fā)現(xiàn)只有Triple-i表現(xiàn)出強烈且同質的皮質特征。進而對第50天的類器官進行單細胞轉錄組測序，發(fā)現(xiàn)四種方法獲得的類器官表現(xiàn)出較大的細胞重疊，但只有Triple-i產生的類器官在所有四種iPSC系中表現(xiàn)出一致且穩(wěn)健的皮質特征，并且放射狀膠質樣細胞（oRG）特異性標記基因在Triple-i類器官中顯著富集。在培養(yǎng)80天后Triple-i類器官包含更高水平的SOX2+與oRG標志物PTPRZ1和LIFR的共表達，體現(xiàn)了該方法在發(fā)育后期維持皮質特性和NSC多樣化的能力。

這項研究表明：類器官模型中疾病表型的意義高度依賴于類器官的衍生方法，這種三重聯(lián)合抑制法能概括皮質發(fā)育的基本特征，顯著改善類器官中有限的皮質多樣性，并為基于皮質類器官的疾病建模提供了基礎。

 

02

空間蛋白技術與單細胞轉錄組的聯(lián)合：質譜成像MALDI-MSI和scRNA-seq揭示鞘脂調控真皮成纖維細胞異質性

 

細胞命運受到兩大類因素的影響，自身因素和胞外信號因素，目前的研究主要聚焦于胞外信號對細胞分化發(fā)育的調控，對細胞自身因素的研究較少。脂類作為機體的重要成分之一，不僅僅是結構物質，也參與細胞能量的代謝，傳遞分子信號，在不同細胞中脂類組學圖譜并不相同，但細胞命運與脂類之間的關系也不清楚。

本文首先利用質譜成像MALDI-MSI分析了人皮膚的單個成纖維細胞的脂類成分，發(fā)現(xiàn)不同真皮成纖維細胞其脂類的組成異質性。進而聯(lián)合scRNA-seq發(fā)現(xiàn)這些異質性在細胞的轉錄譜上也有所體現(xiàn)，然后將影響成纖維細胞異質性的代謝通路進行單獨比對分析，發(fā)現(xiàn)和確定鞘脂是影響脂類成分和所處狀態(tài)的主要生物學標簽，并且脂類異質性可以通過對不同胞外刺激信號進行不同響應來影響細胞發(fā)育分化。

這項研究建立了單細胞脂類組和轉錄組之間的聯(lián)系，也提示修飾脂類圖譜可以作為影響細胞命運的早期手段之一，脂類是決定細胞命運的一類新的細胞調控機制。

 

03

國內團隊再發(fā)高分！單細胞轉錄組發(fā)現(xiàn)脂代謝活化胰腺星狀細胞促進胰腺炎進展

 

慢性胰腺炎是一種反復發(fā)作的纖維性炎癥疾病，組織纖維化和炎癥損害是其典型組織學病理特征。脂蛋白代謝紊亂是慢性胰腺炎的共同特征，脂蛋白紊亂與胰腺纖維化微環(huán)境之間的關系尚不清楚。

本研究聚焦于脂性物質對胰腺炎組織中胰腺星狀細胞（PSC）的影響及免疫調節(jié)作用，探究了脂蛋白代謝物對PSC的活化以及隨后對2型免疫反應的調控機制。首先通過單細胞測序揭示了胰腺炎組織中PSC的異質性，發(fā)現(xiàn)胰腺炎組織中存在一群高脂質代謝、高炎性狀態(tài)的PSC，這群細胞特異性高表達極低密度脂蛋白受體VLDLR。胰腺組織局部的成纖維細胞通過該受體攝取脂類物質極低密度脂蛋白，促進胞內脂質的累積。胞內脂肪酸代謝物LA可以通過增強EBF2轉錄和誘導氧化應激促進IL-33的表達和分泌。PSC來源的IL-33通過激活ILC2，啟動胰腺組織中的二型免疫應答，并反饋激活成纖維細胞的活化，最終促進慢性胰腺炎的纖維化進展。

該研究提示：胰腺組織中的IL-33的信號受到PSC脂質信號的調節(jié)，控制胰腺組織局部成纖維細胞的脂質代謝可以下調二型免疫應答，改善小鼠胰腺炎纖維化進展。

 

04

發(fā)育生物學又一重磅文章：發(fā)現(xiàn)并鑒定紅細胞免疫調控亞群

 

長久以來，紅細胞一直被認為是均質的攜氧細胞。近年來的一些研究表明，紅細胞具有一定的免疫調控特征，但紅細胞免疫調控是所有紅細胞兼而有之，還是部分紅細胞所特有，即紅細胞是否具有功能異質性，仍是領域的前沿科學問題。

中國醫(yī)學科學院血液病醫(yī)院、解放軍總醫(yī)院第五醫(yī)學中心和暨南大學團隊聯(lián)合發(fā)表了有核紅細胞從胚胎到成年的細胞和分子全景圖譜，揭示了有核紅細胞的異質性和發(fā)育階段特異性，鑒定并證實了一個有核紅細胞新功能群體─免疫調控紅細胞亞群。研究對不同發(fā)育階段的有核紅細胞進行單細胞研究，可將其分為經典有核紅細胞亞群和具有免疫調控特征的有核紅細胞亞群；隨后對免疫調控紅細胞亞群進行重點分析，發(fā)現(xiàn)該細胞群與經典紅細胞具有不同的分化路徑，并特異性高表達CD63細胞表面標志物，將該群細胞分離出來與不同免疫細胞共孵育，發(fā)現(xiàn)來自胎肝、臍帶血及成年骨髓多位點的CD63有核紅細胞均能顯著促進免疫細胞中炎癥因子的分泌，證明了該亞群的免疫調控功能；細胞互作分析發(fā)現(xiàn)免疫調控紅細胞與各種免疫細胞之間存在廣泛、較強的潛在相互作用，并兼容紅細胞與免疫細胞兩套轉錄組調控。

該研究為紅細胞領域提供了非常有價值的數據資源，并成功鑒定和驗證了免疫紅細胞亞群的存在，免疫調控紅細胞作為免疫調控網絡中的新成員，有望重塑機體穩(wěn)態(tài)及疾病狀態(tài)下的免疫調控網絡。

 

05

空間多組學破譯膠質母細胞瘤中的雙向腫瘤-宿主相互依賴性

 

空間組學主要補充了空間位置信息的缺失，而組織信息對于理解細胞的功能、細胞間互作以及微環(huán)境的整體把控都是不可或缺的。

本文利用空間分辨率的轉錄組+代謝組+蛋白質組來表征膠質母細胞瘤。首先對跨越不同年齡組和解剖區(qū)域的28個GBM樣本進行了空間轉錄組圖譜解析，發(fā)現(xiàn)90%樣本都包含5個一致的轉錄程序，其中包括缺氧和糖酵解相關程序，并且CNA在缺氧反應類別中顯著積累，進一步利用空間代謝組學探究不同的反應性缺氧程序，并結合TCGA數據庫發(fā)現(xiàn)缺氧驅動的腫瘤顯示染色體改變顯著增加，驗證了代謝與基因組不穩(wěn)定性之間的關系。腫瘤中的免疫逃逸影響GBM的免疫治療方案，為了證明腫瘤-免疫相互依賴，研究人員利用空間蛋白組對組織進行檢測，細胞距離計算證實了腫瘤細胞與轉錄定義的反應性免疫區(qū)域中免疫區(qū)室之間的細胞相互作用增強，干細胞植入實驗和單細胞轉錄證實了轉錄狀態(tài)源于對各種環(huán)境的動態(tài)適應。

這項工作以空間分辨方式在多組學水平上的全面表征有助于發(fā)現(xiàn)細胞狀態(tài)的動態(tài)適應及其在腫瘤微環(huán)境中的空間關系，通過證明宿主環(huán)境在重塑轉錄程序的作用，提供了對患者間異質性、早期GBM復發(fā)和治療抗性的見解。

 

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