今年的国自然顶流方向是谁？
大声喊出它的名字：乳酸化修饰！！！
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题目：肝星状细胞通过调节组蛋白乳酸化促进肝细胞癌的发展:来自单细胞RNA测序和空间转录组学分析的新见解
杂志：Cancer Letters（IF=9.1）
研究背景
肝细胞癌(HCC)是原发性肝癌最主要的亚型，乙型肝炎病毒(HBV)和丙型肝炎病毒是HCC的主要致病因素，但对肿瘤异质性的不充分理解阻碍了改善HCC患者临床结果的进展。scRNA-seq与空间转录组学的整合有望增强对HCC的细胞景观和病理机制的理解。组蛋白乳酸化是一种新兴的表观遗传修饰，最近的研究强调了组蛋白乳酸化在 HCC 发展中的关键作用，但很少有人关注在单细胞水平上探索HCC中组蛋白乳酸化相关的诊断、存活率和预后。
研究思路
该研究从公共数据库中收集scRNA-seq 和空间转录组学数据进行细胞注释、细胞间通讯、伪时间轨迹分析、空间转录组分析。随后，因肝星状细胞（HSC）在HCC中的关键作用，收集HSC相关通路基因和乳酸化修饰基因，利用AUCell评估了HCC单个细胞中HSC和乳酸化修饰相关途径的活性。分析HSC细胞亚群与正常细胞间的差异基因，与乳酸化基因取交集获得2个乳酸化相关DEG。然后分析这2个基因的预后以及靶基因的表达，最后利用细胞实验检测基因的表达和功能。
图1：研究流程图
主要结果
1. 细胞亚群的识别
基于GSE149614单细胞数据集，进行细胞注释，被分为11个不同的聚类(图2A，B)。COL1A1和COL1A2基因均在HSC1和HSC2中表达，在其他细胞中不表达，表明HSC1和HSC2是肝星状细胞。此外，COL1A1和COL1A2基因在HSC1和2亚群中表达不均一，表明HSC1和HSC2细胞之间的异质性。随后，使用inferCNV识别肿瘤细胞 (图2C)，通过UMAP分析，最终确定了总共15种细胞亚型 (图2D)。
图2：细胞亚群的鉴定
2. 细胞间通讯
利用CellChat分析15种细胞亚型之间的相互作用，结果发现HSC1直接与肿瘤1、肿瘤2和HSC2亚组相互作用(图3A，B)。此外，HSC1 在HCC的TME中与肿瘤2通信的配体-受体对数量比其他细胞类型多,(图3C)。这些结果表明，HSC可能在HCC的发病机制中起着关键作用。
图3：细胞间通讯分析
3. 细胞亚群的伪时间轨迹分析和空间分布
伪时间轨迹分析结果发现与正常样品相比，HCC样品中的肿瘤亚组(肿瘤1-4)高度分化，并且在一些免疫细胞亚群中也观察到高分化(图4A)。随后，基于空间转录组数据集使用Cell2location进行了空间转录组分析以研究HCC TME中细胞亚群的空间分布。结果显示，与其他非肿瘤细胞亚群相比，HSC1和HSC2具有不同的空间分布模式（图4B），表明它们在HCC的空间异质性。
图4：伪时间轨迹分析和空间分布分析
4. 组蛋白乳酸化相关基因及途径分析
鉴于上述HSC在HCC TME中的核心作用，以及乳酸化是HCC发病和发展的关键机制，作者我们从MSigDB下载了HSC相关通路(TGFβ、Notch、Wnt、Hedgehog和Hippo通路)，从GeneCards数据库中收集了57个相关基因用于进一步分析。采用AUCell软件包评估HCC组织中单个细胞中HSC和组蛋白乳酸化相关途径的活性。结果发现HSC相关途径的活性在HSC1、HSC2、肿瘤1和肿瘤2亚型中相对于其他亚型显著增加(图5A)。组蛋白乳酸化途径的活性在HSC和肿瘤细胞亚型中比在其他亚型中更高(图5B)。此外，在正常组织和HCC组之间的11种细胞亚型中观察到组蛋白乳酸化途径活性的显著变化（图5C）。
图5：组蛋白乳酸化相关基因及途径分析
5. 组蛋白乳酸化相关基因的存活和靶基因分析
作者首先分别比较了两个HSC亚群和正常细胞的基因表达差异，分别获得11322和8428 个DEGs，取交集后得到5765个重叠DEG（图6）。然后将5765个DEG与57个组蛋白乳酸化相关基因取交集，获得两个重叠的基因（AKR1B10和RMRP） (图7A)。随后，进行生存分析以确定AKR1B10和RMRP的表达与HCC预后的关系。结果发现，低AKR1B10表达的患者有更好的预后，而RMRP表达与预后无显著相关关系，AKR1B10被认为是HCC的潜在预后基因，并用于进一步分析（图7B）。最后检索ENCORI数据库获得AKR1B10的3个靶基因，检测基因在各细胞亚型上的表达 (图7C)。
图6：差异表达分析
图7：组蛋白乳酸化相关基因的存活和靶基因分析
6. AKR1B10的表达和功能验证
将人HCC细胞系HepG2和HuH7与人肝星状细胞LX-2共培养48小时后，检测AKR1B10蛋白表达水平，结果显示与LX-2组相比，LX-2 + HepG2和LX-2 + HuH7组AKR1B10蛋白表达水平显著增加（图8）。CCK8和WB结果显示，敲除AKR1B10后显著抑制HCC细胞的增殖，改变了凋亡蛋白的表达（图9）。
图8：表达验证
图9：功能检测
小结
这篇9分生信文章的性价比真的很高了，主要是单细胞分析，加一点空间转录组分析和一丢丢实验就可以实现，乳酸化方向还是非常好发的。创新生信+一点实验就能拿下9分，再深入探索下机制10分+岂不是轻松易得？乳酸化修饰有国自然和各路顶刊文章的加持，火热程度有目共睹，这可是个超棒的生信发文方向，千万不要错过！ps：如果你对乳酸化修饰分析感兴趣但不知道如何应用在自己的课题中，或者想个性化定制思路的朋友，欢迎直接联系馆长，专业团队为你量身打造最佳创新思路~
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