芯周刊·第17期 | 汤富酬/王洁团队通过单细胞转录组谱揭示了小

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汤富酬/王洁团队通过单细胞转录组谱揭示了小细胞肺癌的肿瘤异质性

小细胞肺癌（SCLC）是一种极具侵袭性的恶性肿瘤类型，其特点是生长迅速、早期发展为广泛转移和获得性放疗和化疗耐药,目前没有可靠的生物标志物可以准确预测临床结果。单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术提供了一个机会来分析TME中的细胞成分，但仍然没有关于匹配的原发性肿瘤（PT），肿瘤附近的正常肺组织（NAT）和复发肿瘤（RT）的scRNA-seq研究。

汤富酬教授联合王洁教授团队对11例SCLC患者的原发肺组织和匹配的相邻正常肺组织的新鲜样本进行修饰的单细胞标记的逆转录测序（STRT-seq），揭示了这种恶性癌症在单细胞分辨率下的异质细胞结构。并且发现SCLC肿瘤中的恶性细胞存在与细胞周期、免疫、缺氧、EMT等特征相关的异质表达程序，细胞周期程序在所有SCLC患者中占很大比例，这解释了为什么SCLC患者总是受益于针对高度增殖细胞群的放射治疗和化疗。其他相对静止的细胞具有不同的转录程序，可能导致治疗耐药和肿瘤复发，该研究数据还揭示了SCLC中关键转录因子（TFs）的瘤内异质性（ITH）以及相关基因的表达模式和功能。SCLC中非神经内分泌（non-NE）肿瘤与炎症基因特征和免疫细胞浸润增加相关，这有助于对免疫检查点抑制剂产生更好的反应。

总之，这些发现表明了人类SCLC的显著异质性，以及癌细胞和TME之间在单细胞分辨率上的密集交互，但样本量相对较小，并且也需要更多的体外和体内研究以进一步破译肿瘤内异质性与SCLC临床病理特征之间的关系。

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多组织snATAC-sew揭示衰老表观图谱，并发现小鼠大脑兴奋性神经元异染色质结构域的年龄相关性衰退

衰老是心血管疾病、癌症、神经退行性疾病、II型糖尿病和其他各种常见疾病的主要风险因素，最近的研究发现了衰老的分子特征，包括基因组不稳定、端粒磨损、蛋白质平衡丧失、线粒体功能障碍和表观遗传改变，衰老相关的单细胞转录组结果也描绘了衰老过程中细胞组成变化、衰老细胞的积累、衰老细胞中转录噪声的增加、许多细胞类型中常见的衰老特征以及每种细胞类型特有的特征发生变化。异染色质的丢失被认为是哺乳动物过早衰老和与年龄相关的器官功能下降的原因，对整个生命周期的表观基因组进行分析能让我们更深入了解衰老过程中的转录调控。

在本研究中，作者使用单核转座酶可及染色质测序 (snATAC-seq)，以单细胞分辨率研究小鼠额皮质、海马、心脏、骨髓和骨骼肌的227,529个细胞中染色质可及性的年龄依赖性变化。对获得的32种主要细胞类型中353,126个候选顺式调控元素 (cCREs) 的年龄相关变化进行评估，发现年龄相关的可及性变化主要集中在脑细胞中，进一步研究发现，在老年小鼠兴奋性神经元中检测到特定异染色质域内染色质可及性增加，表明特定细胞类型的异染色质丢失和LINE1元素的激活，在哺乳动物中异染色质通常由组蛋白的超甲基化组抑制其活性，使用单核RNA-seq和配对标记分析了小鼠脑组织中的基因表达和异染色质标记H3K9三甲基化 (H3K9me3) 进一步证实异染色质标记H3K9me3在兴奋性神经元中丢失，而在抑制性神经元或胶质细胞中不丢失。

总之，该研究结果揭示了老年小鼠染色质图谱的细胞类型特异性变化，并阐明了哺乳动物衰老过程中异染色质丢失的范围。

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单细胞转录组揭示慢性鼻窦炎的新机制与治疗新靶点

慢性鼻窦炎（CRS）是患病率最高的慢性病之一，分为慢性鼻窦炎不伴息肉（CRSsNP)、慢性鼻窦炎伴息肉（CRSwNP）两种表型，最新指南中将其划分为嗜酸性慢性鼻窦炎（2型炎症）和非嗜酸性慢性鼻窦炎（非2型炎症），其中嗜酸性慢性鼻窦炎伴鼻息肉（eCRSwNP）是临床治疗最棘手的亚型由于炎症类型的异质性患者需采取个性化诊疗方案。

本文对健康个体（5例）和三种CRS亚型（5例CRSsNP，6例eCRSwNP，5例neCRSwNP）患者的鼻粘膜进行了单细胞RNA测序（scRNA-seq），发现患者富集免疫细胞，并且在嗜酸性鼻息肉（eCRSwNP）中表现出基底细胞过度增生、异常分化及保护性细胞分子确实导致屏障功能受损，TH2细胞、ILC2细胞、IL5RA+浆细胞、细胞毒性CX3CR1+CD8+TEFF细胞和NK细胞增加及伴随CD8+TRM细胞的缺失促进eCRSwNP中2型炎症的发病机制，也发现ALOX15+巨噬细胞的富集是主要通过分泌趋化因子招募效应细胞（如嗜酸性粒细胞、单核细胞和T辅助因子2（TH2）细胞）促进炎症相关细胞的浸润从而驱动2型免疫反应发生的主要因素，在小鼠模型中也发现ALOX15抑制剂可有效缓解2型炎症，对嗜酸性鼻窦炎产生很好的疗效，表明ALOX15有可能成为治疗eCRSwNP的新药物靶点。

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单细胞RNA+TCR+ATAC揭示卵巢癌中免疫细胞的关键特征

由于卵巢癌肿瘤中存在一定水平的T细胞，因此被认为能被检查点抑制剂所影响的肿瘤类型，但目前人类卵巢癌的免疫治疗的效果仍不理想。

本研究中，研究者通过单细胞RNA+TCR+ATAC和免疫组化等技术，分别在单细胞和组织水平对卵巢癌患者的样本进行了全面的分析。对83,454个CD3+CD8+CD103+CD69+TRM细胞的单细胞RNA/TCR/ATAC以及122例卵巢癌免疫组化结果分析发现，组织驻留记忆（TRM）细胞是卵巢癌浸润性T细胞中肿瘤识别的主要特征。并且这些TRM细胞源于循环T细胞，经过分化转化为TRM干细胞，产生活性靶向作用于癌细胞，其中一些活跃的T细胞最终还会转化为耗竭且失活的状态。TRM干细胞对于机体的抗肿瘤免疫活性非常重要，可能与卵巢癌患者生存率的改善密切相关。

总之，本研究结果确定了人类卵巢癌中相关的肿瘤反应性T细胞的特征，以及对介导宿主机体免疫反应非常重要的细胞类型，这也许有助于未来开发卵巢癌的新型靶向性疗法。

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单细胞多组学构建人脑类器官命运调控谱图

解析大脑的发育机制一直是神经科学家们的研究目标，而利用人类干细胞在受控培养环境中生成复杂的类脑组织的能力，为理解人类大脑发育的机制提供了很大的便利，胚胎干细胞（ES）或诱导多能干细胞（iPS）发育为三维神经上皮细胞，其自我模式化、区域化，并最终形成不同大脑区域1、2、3的神经元。每个细胞的命运和状态都部分受到复杂的转录因子（TFs）调控。

本文研究对3个iPS细胞和1个ES干细胞的11个时间点的类器官组织进行了配对的scRNA-seq和scATAC-seq，这些时间点涵盖了胚胎样体形成、神经外胚层诱导、神经上皮化、神经祖细胞模式化和神经发生，生成了大脑类器官发育过程中的单细胞转录组和单细胞染色质可及性分析数据库。该研究也揭示了整个时间过程中细胞状态的相对连续分布，器官发育从多能性（POU5F1）开始，经过神经祖细胞（NPC）状态（PAX6、VIM），到背侧端脑（EMX1、NEUROD6）、腹侧端脑的祖细胞和神经元状态（DLX5、ISL1、GAD1）；然后作者们采用Pando算法来推断大脑类器官发育的基因调控网络，发现随着类器官发育阶段变化基因调控区的可及性和转录组因子表达随之变化，并在大脑区域分化发育过程中分离；然后作者们基于类器官及人类早期大脑皮层不同阶段表达的关键转录因子设计了一个靶向20个TF的gRNA库，并构建了基因敲除的镶嵌类器官，然后通过scRNA-seq进一步分析这些转录因子的细胞类型异质性，接着研究者把目标聚焦在了HES1和GLI3这两个基因，并利用CRISPR-Cas9基因编辑技术敲除了GLI3，证实了GLI3在人类皮层神经元命运的建立中是必要的，它的缺失会影响腹侧端脑的发育。

该研究为如何利用人类模型系统和单细胞技术重建人类发育生物学提供了一个工作范例。

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