CNS热点 | 单细胞多组学scRNA-seq scATAC-seq研究思路解析
01
神经科学
Molecular and cellular evolution of the primate dorsolateral prefrontal cortex
灵长类动物背外侧前额叶皮层的分子和细胞进化研究
期刊：Science ( IF：63.714)
大脑皮层，尤其是前额叶皮层(PFC)的扩展和进化特征被认为是了解人类和其他灵长类动物丰富而复杂的认知能力的基础。颗粒状的背外侧前额叶皮层（dlPFC）与其他脑区有广泛的连通性，dlPFC功能障碍也与许多神经精神疾病的病因学有关。单细胞基因组学目前已成为理解细胞分类学和大脑进化的核心工具，但先前单细胞技术在表征人类PFC的细胞类型分类及和非人类灵长类动物的比较中应用并不广泛。
研究方法
该研究对成年的人、黑猩猩、猕猴、普通狨猴死后的dIPFC组织进行了snRNA-seq分析（每个物种4个供体，每个供体4个技术重复）；对人的dIPFC组织（另外5个男性和女性成年人类捐赠者的dlPFC）进行了单细胞多组学snATAC+snRNA-seq分析。
研究思路
研究结果
该研究对dlPFC细胞组合及其在灵长类动物中的共同和不同特征进行了全面调查。虽然大多数转录组定义的细胞亚型是保守的，但仍检测到个别细胞亚型是一些物种特有的，以及在同源神经元、胶质细胞和非神经细胞亚型中存在物种所特有的分子差异。比如，神经肽生长抑素（SST）和酪氨酸羟化酶（TH，多巴胺分泌中的限速酶）的表达在人类的一些神经元中可以特异性地转换，对于神经精神风险基因FOXP2的表达，人类是在小胶质细胞中，而灵长类是在第4层颗粒神经元中。
02
发育生物学
Single-cell roadmap of human gonadal development
人类性腺的单细胞图谱研究
期刊：Nature (IF:69.504)
性腺的发育是一个复杂的过程，包括性别的决定，分化成熟为睾丸或卵巢。尽管它在性腺疾病和不孕症中很重要，但有限的组织可及性、缺乏可靠的体外模型以及人和小鼠之间的重大差异阻碍了我们对人类性腺发生的认识。本研究使用单细胞多组学和空间方法来分离在空间和时间上调节人类性腺发育的细胞和分子程序，为人类和小鼠性腺分化提供了全面的时空图谱，可指导离体性腺发生。
研究方法
该研究纳入了性别决定和卵巢和子宫分化阶段（女性33个，男性22个）的人类性腺和邻近的生殖腺外组织，进行了单细胞多组学分析（scRNA-seq、scATAC-seq、10x Visium空间转录组、smFISH、单细胞多组学：scRNA-seq+scATAC-seq）；同时对对应时期的小鼠组织进行了scRNA-seq分析。
研究思路
研究结果
该研究生成了妊娠早期和中期人类性腺的综合图谱，以识别新的性腺体细胞类型及其潜在的调节机制，提取了人控制胚系和体细胞谱系发育的特异性的调控程序。在人和小鼠两个物种中，定义了性别规范时的体细胞状态，包括双性早期支持群体，在雄性中，上调睾丸决定因子SRY和sPAX8s。在女性中，解决了引起第一波和第二波颗粒细胞的细胞和分子事件，这些颗粒细胞分隔发育中的卵巢，以调节生殖细胞分化。在男性中，鉴定出人类SIGLEC15 +和TREM2 +胎儿睾丸巨噬细胞，分别向发育中的睾丸索内外的体细胞发出信号。
03
免疫学
LGR5 expressing skin fibroblasts define a major cellular hub perturbed in scleroderma
表达LGR5的皮肤成纤维细胞是系统性硬皮病中主要的中枢紊乱细胞
期刊：Cell(IF:66.85)
系统性硬化症（scleroderma，SSc）是一种不可治愈的自身免疫性疾病，发病率和死亡率很高。鉴于常规免疫调节疗法对SSc的影响有限，皮肤纤维化可能是损伤后自然伤口愈合过程的一部分，也可能是SSc等疾病所致。前期从未对来自大型SSc患者群体的皮肤样本进行全面的scRNA-seq分析，包括SSc的不同临床谱系，此外，调节SSc纤维化的主要驱动因素和基本机制在很大程度上仍然未知。
研究方法
该研究对56名健康对照组、97名疾病进展不同阶段的SSc患者、另外10名患有其他纤维化皮肤疾病的患者（皮肤组织、外周血）进行了单细胞转录组MARS-seq分析；9名健康和9名dSSc患者进行了单细胞多组学snRNA-seq+snATAC-seq分析；3名健康对照、4名ISSc患者、4名dSSc患者（皮肤组织）进行了空间组学分析。
研究思路
研究结果
该研究定义了10种皮肤成纤维细胞，每种细胞执行不同的功能，包括皮肤维护、ECM重塑、纤维化和免疫调节。与健康受试者和ISSc患者相比，dSSc患者的成纤维细胞谱系显著减少，最显著的变化是在LGR5 +成纤维细胞亚群中观察到的。SSc患者的开放染色质区富含AP-1基序和其他转录因子。健康皮肤中的成纤维细胞亚群（ScAFs）主要分布在深层网状真皮层，而SSc中ScAF的数量和形态大多受到扰动。总之，该研究将人群规模的scRNA-seq与详细的临床数据相结合，确定了一个独特的表达LGR5的ScAFs作为SSc患者扰动的中心轴。针对这些ScAF通路的靶向治疗可能会开启SSc治疗的新时代。
04
肿瘤学
Pre-encoded responsiveness to type I interferon in the peripheral immune system defines outcome of PD1 blockade therapy
外周免疫系统对I型干扰素的预编码反应决定了PD1阻断疗法的结果
期刊：Nature Immunology(IF:31.25)
I型干扰素（IFN-Is）是有效抗肿瘤免疫所需的许多促炎过程的关键介质，但也可以促进癌症免疫治疗。因此，出现了IFN-Is既能预防又能促进抗肿瘤免疫的悖论。为了解IFN-I与免疫检查点抑制的关系，该研究开发了一种大规模质谱流式的方法来量化IFN-I刺激的蛋白在免疫细胞中的表达，并使用多组学来揭示治疗前编码炎症反应的细胞状态。
研究方法
单细胞蛋白：发现组-治疗前后的血液样本（12名黑色素瘤患者、19名头颈癌患者）；
验证组-治疗前后的血液（28名黑色素瘤患者，34名非小细胞肺癌患者）；
bulk RNA-seq：来自发现组的治疗前21例，治疗中9例患者的组织样本；
单细胞多组学snRNA-seq+snATAC-seq：验证组的2个健康对照和8个治疗前黑色素瘤的PBMC样本。
研究思路
研究结果
该研究发现对于NCB患者（没有临床获益），PD-1治疗前后免疫细胞亚群之间的IS相关性（IFN-I score）没有明显变化，相反CB患者（临床获益）在治疗后具有更高的免疫细胞，特别是T细胞之间的IS相关性。这表明IFN-I信号传导模式，可以区分患者对抗PD-1的响应性。在外周血Teff 细胞中具有较低治疗前 IFN-I 反应性的患者在接受抗 PD1治疗后生存时间显著增加。与健康供体CD4 Teff 细胞相比，患者来源的CD4 Teff 细胞在基因表达和染色质可及性方面存在显著差异。稳定的表观遗传修饰是在这些细胞中观察到的IFN-I反应性增强的基础。确定了IFN-I反应状态是通过TF的预先存在的染色质可及性编码，表明在PD1治疗之前，对IFN-Is的不同反应性可以高度预测治疗后的长期存活率。
总结
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