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單細(xì)胞RNA測(cè)序(scRNA-seq)可以識(shí)別組織內(nèi)的細(xì)胞亞群。scRNA-seq技術(shù)的出現(xiàn)，使得人們可以對(duì)細(xì)胞的基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)以及表觀基因組學(xué)進(jìn)行精準(zhǔn)的研究。但不能捕捉它們的空間分布，也不能揭示細(xì)胞間通訊的局部網(wǎng)絡(luò)。而空間轉(zhuǎn)錄學(xué)方法正好相反，于是單細(xì)胞測(cè)序聯(lián)合空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析就這樣誕生了。接下來，我為大家總結(jié)了七篇高質(zhì)量的最新空間組學(xué)+單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組技術(shù)應(yīng)用的文章，一起來看看吧~
案例一
《單細(xì)胞分辨率下人體腸道發(fā)育的時(shí)空分析》1
發(fā)表期刊：Cell
發(fā)表時(shí)間：2021/01/07
思路總結(jié)：
目前我們對(duì)人類腸道的發(fā)育還不是很清楚。在本文中，作者將單細(xì)胞RNA測(cè)序和空間轉(zhuǎn)錄學(xué)聯(lián)系起來，以描述隨時(shí)間的變化腸道形態(tài)發(fā)生過程。作者確定了101種細(xì)胞狀態(tài)，包括上皮和間充質(zhì)祖細(xì)胞群體，以及與關(guān)鍵形態(tài)發(fā)生的程序。作者描述了腸絨毛的軸線、發(fā)育中腸道的神經(jīng)、血管、間充質(zhì)形態(tài)發(fā)生和免疫群體的形成原理。作者確定了發(fā)育中的成纖維細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞亞型的分化等級(jí)，并描述了這些亞型的不同功能，包括血管壁細(xì)胞。作者還指出Peyer‘s斑塊和腸道相關(guān)淋巴組織(gut-associated lymphoid tissue，GALT)的起源，并描述特定部位的免疫程序?？偠灾谶@項(xiàng)研究中，研究者利用高通量的scRNA-seq和ST（Spatial transcriptomics）創(chuàng)建了一個(gè)大規(guī)模的人類腸道發(fā)育的單細(xì)胞時(shí)空?qǐng)D譜，繪制了跨越時(shí)間、位置和細(xì)胞間隔的形態(tài)發(fā)生圖。
案例二
《人乳腺癌單細(xì)胞空間分辨圖譜》2
發(fā)表期刊：Nature Genetics
發(fā)表時(shí)間：2021/09/09
思路總結(jié)：
乳腺癌是復(fù)雜的細(xì)胞生態(tài)系統(tǒng)，復(fù)雜細(xì)胞之間的相互作用在疾病進(jìn)展和治療反應(yīng)中起著核心作用。然而，我們對(duì)乳腺癌的細(xì)胞組成和組織的了解是有限的。在這篇文章中，作者利用了單細(xì)胞結(jié)合空間轉(zhuǎn)錄組的方法分析人類乳腺癌。并且作者發(fā)展了一種單細(xì)胞固有亞型分類方法(SCSubtype)來揭示復(fù)發(fā)性腫瘤細(xì)胞的異質(zhì)性。采用CITE-SEQ(Cellular Indexing of Transcriptomes and Epitopes by sequencing)提供了高分辨率的免疫圖譜，包括與臨床結(jié)果相關(guān)的新的PD-L1/PD-L2+巨噬細(xì)胞群。間充質(zhì)細(xì)胞在三個(gè)主要譜系的分化過程中表現(xiàn)出不同的功能和細(xì)胞表面蛋白的表達(dá)。同時(shí)，在腫瘤中，免疫間質(zhì)微環(huán)境的空間組織為抗腫瘤免疫調(diào)節(jié)的提供了新視角?？傊@項(xiàng)研究提供了乳腺癌細(xì)胞結(jié)構(gòu)的全面轉(zhuǎn)錄圖譜。
案例三
《發(fā)育中的小鼠腦的分子結(jié)構(gòu)》3
發(fā)表期刊：Nature
發(fā)表時(shí)間：2021/07/30
思路總結(jié)：
哺乳動(dòng)物的大腦通過復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)相互作用促進(jìn)發(fā)育。對(duì)這一過程的完整理解需要對(duì)大腦發(fā)育的整個(gè)時(shí)空范圍內(nèi)的細(xì)胞狀態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)的描述。單細(xì)胞RNA測(cè)序和空間轉(zhuǎn)錄學(xué)揭示復(fù)雜組織分子異質(zhì)性的能力在神經(jīng)系統(tǒng)中尤為強(qiáng)大。在這里，作者對(duì)小鼠大腦從原腸胚形成到出生做了一個(gè)全面的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄圖譜。作者鑒定了近800種細(xì)胞狀態(tài)，這些狀態(tài)描述了大腦及其包圍膜的發(fā)育程序，包括早期神經(jīng)上皮、區(qū)域特異性次級(jí)組織器以及神經(jīng)源性和膠質(zhì)源性祖細(xì)胞。作者還使用原位 mRNA 測(cè)序來繪制關(guān)鍵發(fā)育基因的空間表達(dá)模式。將原位數(shù)據(jù)與單細(xì)胞簇相結(jié)合，揭示了神經(jīng)系統(tǒng)模式中神經(jīng)祖細(xì)胞的精確空間組織。
案例四
《人類肌腱疾病的單細(xì)胞和空間轉(zhuǎn)錄組提示免疫穩(wěn)態(tài)失調(diào)》4
發(fā)表期刊：Annals of the Rheumatic Diseases
發(fā)表時(shí)間：2021/05/19
思路總結(jié)：
肌腱病：包括以疼痛和功能受限為特征的多因素肌腱疾病，仍然是肌肉骨骼醫(yī)學(xué)的一個(gè)重要負(fù)擔(dān)。免疫介導(dǎo)的機(jī)制在肌腱疾病中起到關(guān)鍵的作用。單細(xì)胞技術(shù) (scRNA-seq)越來越多地應(yīng)用于風(fēng)濕病，以確定驅(qū)動(dòng)疾病發(fā)病機(jī)制的關(guān)鍵細(xì)胞表型。盡管已經(jīng)有人在肌腱疾病異質(zhì)性方面做出了努力，但仍然沒有詳細(xì)的空間肌腱細(xì)胞圖譜來提供肌腱疾病的空間信息。在這里，作者首次利用scRNA-seq和空間轉(zhuǎn)錄學(xué)(ST)進(jìn)行細(xì)胞-細(xì)胞相互作用分析，以建立一個(gè)驅(qū)動(dòng)慢性肌腱疾病發(fā)展的動(dòng)態(tài)細(xì)胞環(huán)境圖譜。
案例五
《人鱗狀細(xì)胞癌成分和空間結(jié)構(gòu)的多模態(tài)分析》5
發(fā)表期刊：Cell
發(fā)表時(shí)間：2020/06/25
思路總結(jié)：
為了明確皮膚鱗狀細(xì)胞癌(cSCC)的細(xì)胞組成和構(gòu)筑，作者將一系列人皮膚鱗狀細(xì)胞和正常皮膚中提取RNA進(jìn)行單細(xì)胞RNA測(cè)序并與空間轉(zhuǎn)錄相結(jié)合。cSCC有四個(gè)腫瘤亞群，三個(gè)表現(xiàn)正常表皮狀態(tài)，以及一個(gè)腫瘤特異性角質(zhì)形成細(xì)胞(TSK)群，定位于纖維血管壁龕。單細(xì)胞和空間數(shù)據(jù)的整合將配體-受體網(wǎng)絡(luò)映射到特定的細(xì)胞類型，揭示了TSK細(xì)胞是細(xì)胞間通信的樞紐。作者還觀察到潛在的免疫抑制的多種特征，包括T調(diào)節(jié)細(xì)胞(Treg)與CD8T細(xì)胞在腫瘤間質(zhì)中的共定位。最后，人腫瘤異種移植瘤的單細(xì)胞鑒定和體內(nèi)CRISPR篩查確定了特定腫瘤亞群的基因網(wǎng)絡(luò)在腫瘤發(fā)生中的重要作用。這些數(shù)據(jù)定義了cSCC和間質(zhì)細(xì)胞的亞群、相互作用的空間區(qū)位、以及如何參與癌癥的通訊基因網(wǎng)絡(luò)。
案例六
《人心臟發(fā)育過程中全器官的基因表達(dá)和細(xì)胞圖譜》6
發(fā)表期刊：Cell
發(fā)表時(shí)間：2019/12/14
思路總結(jié)：
人類心臟形態(tài)發(fā)生的過程尚不完全清楚。心臟發(fā)育的完整特征需要深入探索整個(gè)器官的基因編排。所以作者用空間轉(zhuǎn)錄方法在單細(xì)胞分辨率下探索人類心臟發(fā)育的基因表達(dá)圖譜，以構(gòu)建一個(gè)三維器官的圖譜。在這里，作者揭示了胚胎心臟在三個(gè)發(fā)育階段的細(xì)胞類型的全面轉(zhuǎn)錄圖景，并將特定細(xì)胞類型的基因表達(dá)映射到特定的解剖結(jié)構(gòu)域?？臻g轉(zhuǎn)錄學(xué)確定了獨(dú)特的基因圖譜，這些基因圖譜對(duì)應(yīng)于每個(gè)發(fā)育階段的不同解剖區(qū)域。單細(xì)胞RNA測(cè)序鑒定的人胚胎心肌細(xì)胞類型證實(shí)并豐富了胚胎心臟基因表達(dá)的空間注釋。然后作者使用原位測(cè)序來提煉這些結(jié)果，并創(chuàng)建三個(gè)發(fā)育階段的空間亞細(xì)胞圖譜。最后，作者創(chuàng)建了一個(gè)公開可用的人類發(fā)育心臟的網(wǎng)絡(luò)資源，以促進(jìn)未來對(duì)人類心臟發(fā)生的研究。
案例七
發(fā)表期刊：Nature Cell Biology
發(fā)表時(shí)間：2019/12/25
思路總結(jié)：
單細(xì)胞和空間轉(zhuǎn)錄學(xué)相結(jié)合揭示了分子、細(xì)胞和空間骨髓微環(huán)境7
骨髓(BM)是血液生產(chǎn)和骨骼再生的主要場(chǎng)所。然而，它的細(xì)胞組成和空間組織構(gòu)成不同的 “微環(huán)境”仍然存在爭(zhēng)議。在這里，作者結(jié)合單細(xì)胞和空間分辨的個(gè)轉(zhuǎn)錄組，系統(tǒng)地繪制了骨內(nèi)膜、竇狀骨和小動(dòng)脈骨髓的分子和細(xì)胞組成圖。這使作者能夠描述所有主要的BM駐留細(xì)胞類型，確定它們的定位，并闡明關(guān)鍵生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子的細(xì)胞和空間來源。重要的是，作者還證明，使用新開發(fā)的RNA-Magnet算法，可以從單細(xì)胞基因的表達(dá)數(shù)據(jù)中準(zhǔn)確地推斷出骨髓的三維組織?？偠灾?，作者的研究揭示了骨髓微環(huán)境的細(xì)胞和空間組織特征，并提供了一種新的策略來系統(tǒng)地剖析整個(gè)器官的復(fù)雜組織。
小編總結(jié)：
單個(gè)細(xì)胞基因表達(dá)嚴(yán)格按特定的時(shí)間和空間順序發(fā)生，但由于單細(xì)胞測(cè)序的前提是將組織制備成單細(xì)胞懸液，從而忽略了細(xì)胞所處的原始位置信息，這一點(diǎn)通過空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序有望解決。然而，目前空間轉(zhuǎn)錄組尚不能提供組織中單個(gè)細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄本信息。因此，整合scRNA-seq 和空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)對(duì)研究細(xì)胞亞群及其在發(fā)育、穩(wěn)態(tài)和疾病中的作用至關(guān)重要。
參考文獻(xiàn)
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