研究进展 | 带你畅游大样本量大细胞量单细胞研究的海洋
单细胞测序宛若一台能量巨大的潜艇，深入到图谱、疾病、肿瘤、免疫、生殖和发育等各个研究海域，完美解析了很多复杂的生物学现象，承载着我们饱览了以往转录组学一直难以企及的奥妙世界。在这个单细胞的时代里，以大样本量、大细胞量为特色的一些经典的高水平文章引领着大家向大规模单细胞研究方向极速航近。
几十例甚至上百例的样本、数十万乃至上百万的细胞，使得细胞图谱的构建更加全面精细，稀有细胞类型或中间过渡细胞类型的发现越发简单，疾病早期微环境变化和受刺激后响应机制的解析更加容易。下文整理了近年一些经典的大规模单细胞研究的文章，带领大家畅游大样本量、大细胞量单细胞研究的海洋。
一、图谱方向
文章概要
该研究对中国人群成人和胎儿的60种组织、104个样本达70万个细胞进行单细胞测序，首次在单细胞层面全面分析了胚胎和成年时期的人体器官细胞类型，在胎儿的肾脏和肺组织中发现了新的细胞亚群，揭示了胎儿祖细胞到成年成熟细胞的发育轨迹，绘制出了迄今为止最全面的人类细胞图谱。该文章的单细胞数据和研究方法成为探索人体细胞命运机制的资源宝库，为人体细胞类型的准确鉴定、推动人体各类组织单细胞水平的研究奠定了坚实的基础。
评论
该研究基于百余例样本、近百万个细胞的大规模数据构建了全面的细胞图谱，为发现新的细胞群和新的分子标志物（Biomarker）提供了可能。以该研究的成果为基础，针对特定的组织或特定的细胞类型扩大细胞量进行单细胞研究，有望实现更加全面而精细的细胞分群，筛选出更加精确的Biomarkers，惠及细胞生物学、发育生物学、神经生物学、血液学和再生医学等各个研究领域。
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二、发育方向
文章摘要
为表征哺乳动物大脑的发育状态，该研究对小鼠胚胎E7到E18（原肠胚形成和出生之间）时期的脑组织93个样本共29万个细胞进行单细胞转录组测序及空间分析，绘制了小鼠胚胎全面的单细胞转录组图谱，揭开了发育过程中小鼠胚胎时期大脑不同的细胞状态及转录多样性，确定了放射状胶质细胞样群中的次级组织者，描绘了胶质细胞由神经源性向胶质源性的转变过程。将单细胞数据与原位测序数据相结合，进一步揭示了神经细胞的精确空间组织定位。为理解神经发育相关的疾病机制提供了重要依据。
评论
该研究基于数十万细胞，近百个样本，涵盖不同发育时间和不同发育部位的大规模数据，为发现小鼠胚胎脑发育过程关键的细胞群及全新的发育轨迹提供了可能。因此基于大样本量，大细胞量的发育研究有助于获得器官发育全面的细胞类型，发现发育过程中的中间过渡细胞，绘制完整的细胞发育轨迹。
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三、肿瘤方向
文章概要
结直肠癌错配修复缺陷型（MMRd）肿瘤比错配修复精通型（MMRp）肿瘤更具有抗肿瘤免疫能力。该研究对34个MMRd和28个MMRp结直肠肿瘤样本及38个正常样本，共27万个细胞进行单细胞转录组测序，揭示了肿瘤中广泛存在的转录框架，确定了8个肿瘤特异性内皮细胞群，发现了恶性细胞和免疫细胞的相互作用，提供了一个相对较大的结直肠癌患者数据集。对于推进结直肠癌症的治疗至关重要。
评论
该研究选择队列人群近百个样本来研究结直肠癌微环境，发现了小样本量所无法发现的肿瘤特异性细胞群，揭示了肿瘤组织微环境的变化及肿瘤细胞和微环境中细胞之间的互作关系。选择几十例甚至上百例的样本开展肿瘤单细胞队列研究，更有利于发现癌变早期稀有的细胞群，探索早期肿瘤病变标志物。
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文章概要
肿瘤浸润髓系细胞（TIMs）是肿瘤进展中的关键调控者。该研究分析了15个癌种，210个样本，共14万个肿瘤浸润髓系细胞，绘制了常见癌症类型的髓系细胞图谱，刻画了肿瘤浸润髓系细胞类群在不同癌种内的特征图谱，发现鼻咽癌TNF+/VEGFA+肥大细胞具有更强的抗肿瘤特性，揭示了巨噬细胞在不同癌症类型中的高度异质性，为靶向不同癌症类型内部髓系细胞的免疫治疗提供了重要依据。
评论
该研究涉及到15种癌症，200多个样本，为构建泛癌髓系细胞图谱，指导不同癌种的免疫治疗方案提供了见解。针对泛癌不同细胞类型进行大细胞量、大样本量的单细胞研究，有助于发现不同癌种特有的细胞类型及分子表型，为不同癌种的发生机制及靶向治疗研究提供数据支撑。
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四、免疫方向
文章概要
该研究对196名新冠肺炎患者和健康志愿者的284份样本（包括年龄、性别、严重程度和疾病分期），共146万个细胞进行单细胞转录组测序，发现新冠肺炎患者免疫亚型与临床病征相关，检测到新冠病毒RNA在不同的上皮和免疫细胞中表达，确定了5种高炎性细胞亚型，揭示了S100A8/A9的表达可能是重度患者产生炎症风暴的原因。为理解新冠肺炎的发病机制和制定有效的治疗策略提供了丰富的资源。
评论
该研究基于几百例样本、几百万细胞量进行超大规模单细胞分析，为发现表达新冠病毒RNA的细胞群，探索特有的免疫表型和发病机制提供了依据。针对感染类疾病进行大样本量、大细胞量的单细胞研究，有助于发现易感细胞群的存在，探索疾病潜在的感染机制，指导有效的治疗策略。
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文章概要
该研究对60个新冠肺炎恢复期患者的约5万个B细胞进行了大规模单细胞BCR克隆型分析，从8558个抗原结合的IgG1+克隆型中鉴定出14种有效的中和抗体，利用动物实验发现中和抗体BD-368-2表现出较好的治疗和预防效果，表明大规模单细胞BCR测序可以发现人中和抗体，有效地应对大流行性传染病。
评论
该研究通过大规模单细胞BCR测序，发现新冠肺炎恢复期患者体内的中和抗体。针对大流行性传染类疾病，大规模单细胞BCR克隆型分析，为发现稀有的克隆型，筛选病毒中和抗体，指导疫苗的研发提供了可能。
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五、药物筛选
研究概要
肺癌是世界上死亡最多的癌症，药物筛选可能改进现有的治疗方法。该研究选择H1975和A549 2个非小细胞肺癌细胞系，利用7种药物处理（包括单一药物处理和联合药物处理），设置3个时间点，2个实验重复，96个样本共52万个细胞，进行超高通量单细胞转录组混样测序，发现克唑替尼和厄洛替尼联合使用对H1975细胞系有很好的治疗效果。为非小细胞肺癌的治疗提供了指导。
评论
该研究通过超高通量单细胞混样技术，实现了96个样本同时上机，规避了实验的批次效应，筛选出非小细胞肺癌有效的药物治疗方案。针对大规模药物筛选实验，高通量单细胞混样可满足几十个样本同时上机的需求，帮助筛选用药类型及用药时间，指导用药，降低实验成本。
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参考文献
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