单细胞小白课堂 | 一分钟为你解答为什么大家都被单细胞技术圈粉了？！

细胞是生命基本的单元，而受限于生物技术的发展，过去我们总是提取一块组织或血液的总的核酸，进行基因组的测序，这时候我们拿到的都是很多细胞表达的平均值，这往往掩盖了每一个细胞的真实表达信息。表型相同的个体，可能具有不同的基因型，一种性状可以由多个不同的基因控制即为异质性，而细胞异质性的研究对于揭开生命奥秘的神秘面纱极其重要。稀有细胞，新的细胞类型的发现，细胞差异基因的深入分析可能将为我们的科研打开一扇新的大门，加速科研及临床的转化。单细胞技术成为了所有科研工作中的期盼！

早在2009 年，北京大学汤富酬教授发表第一篇单细胞转录组测序文章，在国际上率先系统发展了单细胞功能基因组学研究体系。此后几乎每一年技术都在不停革新优化，随着科研发展，低通量的测序已不能满足对大量复杂细胞的分析。10x Genomics作为一家专注单细胞测序的公司，为解决这一需求，在2016年研发出10x Chromium Single Cell Gene Expression Solution，将高通量分选捕获单个细胞的技术推向市场。

下面简单介绍一下10x Genomics 是如何实现单细胞捕获的：

在scRNA-seq中，预先投入大于细胞数目，带有引物，Barcode的凝胶微珠。微珠与单个细胞在水相相遇后，通过收集孔交界面形成油包水结构。每个油包水结构中，细胞裂解释放的mRNA与微珠溶解后带有barcode的Oligo(dT)结合并扩增，后续使用Illumina平台进行测序。通过把液滴作为隔离单细胞载体的微流控技术，即可让大量单个细胞被快速高效标记、测序和分析。

另外，单细胞技术不仅在一被推出就备受关注，近几年还接连斩获大奖。在2018年被《Science》列为十大科学突破之一；2019年被《Nature Methods》评选为年度技术；在2020年1月《Natue》的Technologies to watch in 2020中榜上提名。

近年来，使用单细胞测序技术发表的文章也呈爆发式增长。据统计，目前利用10x技术就已经发表了超过3000篇相关单细胞文献，单细胞测序逐渐成为多个科研领域的必经之路。

目前拥有低成本、快捷、高通量和稳定性佳等优点的单细胞测序主要应用于肿瘤，免疫疾病探索，干细胞等领域，下面将分享关于这些方向的一些案例。

作者利用单细胞RNA、ATAC和T细胞受体序列测序，构建了TNBC患者肿瘤微环境和外周血来源免疫细胞的高分辨率转录组和表观组动态图谱，系统比较了响应患者和非响应患者的肿瘤微环境及外周血免疫特征，阐明免疫细胞在不同治疗方案下的动态变化，揭示anti-PD-L1免疫治疗联合紫杉醇化疗在TNBC中的作用机制。

作者使用单细胞转录组测序共捕获了 9141 个细胞，保留 4892 个高质量的肠神经元进行后续分析，降维聚类后共产生 12 个肠神经元（ENC）类群。基于此聚类结果，确认了 4 个已发现的神经元亚群，重新定义了 6 个亚群，并命名了2个新的亚群。随后对不同细胞状态的差异基因进行分析，探究在干细胞在维持、神经发生和神经元分化中可能具有重要功能的转录因子或关键基因，提出了神经元分化路径的新思路。

作者利用单细胞RNA以及BCR/TCR测序对急性KD患者PBMCs进行分析，通过静脉注射免疫球蛋白（IVIG）治疗前后不同细胞类型的差异表达分析，揭示单核细胞是炎症介质的主要来源，并且可能是治疗靶点。通过对比IVIG治疗后免疫细胞类型的动态，BCRs和TCRs出现克隆扩增，说明血浆细胞和效应记忆CD8+ T细胞也参与到KD中。本研究发现的先天和适应性免疫反应的单细胞图谱为KD的发病机制和治疗提供了深刻见解。

作者通过对不同发育阶段的小鼠肢体进行单细胞RNA测序，确定不同发育阶段的细胞组成；结合拟时序分析，构建出小鼠肌肉骨骼干细胞的发育分化轨迹，并得到证实。此外，Scx敲除小鼠肢体组织的单细胞分析表明，Scx调节MSSC的自我更新和增殖潜力。研究揭示了肢体发育和再生中，肌肉骨骼组织形态发生的复杂分子机制和细胞分化轨迹，为了解肌肉骨骼的发生发育机制奠定了重要基础。