随着单细胞组学技术的出现，是我们能够从单细胞分辨率，去解析其它组学所掩盖掉的细胞异质性难题，有助于发现新的稀有细胞类型，并深入了解细胞生长过程中的表达调控机制。细胞图谱研究是单细胞研究最关注的内容，目前通过10×单细胞转录组技术研究细胞图谱的论文已超过200+，下面我们一起来研究一下在动物中细胞图谱绘制的高分研究思路。肺泡干细胞中增强的糖酵解介导的能量产生是肺泡再生所必需的
在多种急性和慢性肺病中，肺泡干细胞分化受损已被确认。本研究中调查了调节肺泡再生的机制，并了解衰老如何影响这一过程。研究发现，肺泡II型细胞（AT2）分化为I型细胞（AT1）的过程是一个能量消耗很大的过程。在肺泡再生过程中，激活的AMPK-PFKFB2信号通路上调了糖酵解，这对于支持AT2细胞分化过程中细胞骨架重塑所需的细胞内能量消耗是必不可少的。老年肺中的AT2细胞表现出AMPK-PFKFB2信号通路和ATP生成的减少，导致肺泡再生受损。激活老年AT2细胞中的AMPK-PFKFB2信号通路可以挽救老年小鼠中有缺陷的肺泡再生。因此本研究不仅表明细胞能量代谢与干细胞分化在肺泡再生过程中协调一致，还建议通过调节AMPK-PFKFB2信号通路可以促进老年肺的肺泡修复。图1 12个月的小鼠肺泡II型细胞（AT2）细胞在肺损伤后表现出分化受损情况小鼠代谢功能障碍相关性脂肪肝炎（MASH）的单细胞解析研究
发表期刊：Journal Of Hepatology
代谢功能障碍相关性脂肪肝炎（MASH）与胰岛素抵抗和2型糖尿病相关，并以肝脏炎症、微血管功能障碍和纤维化为特征，损害肝功能并加剧代谢紊乱。MASH中肝脏稳态相互作用的破坏仍然理解不充分。本研究旨在阐明与晚期MASH相关的非实质细胞的可塑性和变化的相互作用。本研究在单细胞分辨率下表征了一种饮食诱导的小鼠晚期MASH模型，并通过检测染色质可及性、对小鼠和人类肝脏进行生物成像以及在体内和体外进行功能实验来验证发现。肝星状细胞（HSCs）的纤维化激活导致一个由胆汁酸受体NR1H4/FXR和HSC特异性GS蛋白偶联受体（GSPCRs）组成的信号模块的恶化，该模块能够维持星状细胞的静止状态。伴随HSC激活，可以进一步观察到HSC Gdf2表达的减弱，以及一个可能来源于进入的单核细胞和库普弗细胞的CD207阳性巨噬细胞群体的MASH相关扩展。由此可以得出结论，健康肝脏中HSC表达的NR1H4和GSPCRs整合了餐后信号，这些信号维持HSC静止状态，并通过旁分泌信号维持整体窦状体健康。因此，MASH中HSC的激活不仅驱动纤维化生成，还可能使肝窦对肝脏稳态信号失敏。图2 代谢功能障碍相关性脂肪肝炎（MASH）的健康和晚期肝脏的scRNA测序分析过量的胰腺弹性蛋白酶通过损害机械信号传导和PAR2通路改变腺泡细胞与β细胞的通讯
Ⅰ型糖尿病（T1D）或Ⅱ型糖尿病（T2D）是由于功能性胰岛素生成 β 细胞的缺乏引起的。因此，识别 β 细胞营养剂可能允许开发治疗策略以对抗糖尿病。已有研究报道指出一种促进人类 β 细胞生长的弹性蛋白酶抑制剂—促使我们假设胰腺弹性蛋白酶（PE）调节β细胞的存活性。所以本研究中报胰腺弹性蛋白酶（PE）在T2D患者的腺泡细胞和胰岛中上调，并对 β 细胞存活性产生负面影响。通过高通量筛选分析发现特拉匹韦是一种强效的胰腺弹性蛋白酶（PE）抑制剂，可以在体外和体内增加人类和啮齿动物的 β 细胞存活性，并改善胰岛素抵抗小鼠的葡萄糖耐量。磷酸抗体微阵列和scRNA-seq测序分析确定了PAR2通路和机械信号传导作为胰腺弹性蛋白酶（PE）抑制剂的潜在介导者。因此本研究强调了胰腺弹性蛋白酶（PE）抑制剂作为腺泡-β细胞相互作用的潜在调节因子，限制了β细胞的存活性，进而导致Ⅱ型糖尿病（T2D）。图3 特拉匹韦阻断调控胰腺弹性蛋白酶（PE）对人B细胞转录组的调控变化遗传学与单细胞结合在不同疾病状态下识别2型糖尿病中β细胞功能障碍的机制
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胰岛β细胞功能失调是2型糖尿病（T2D）的标志， 但对其潜在机制（包括基因失调）的全面理解仍然不足。本研究整合了单个β细胞的染色质可及性、基因表达和功能测量数据，并结合遗传关联数据，提名T2D中致病的基因调控变化。通过对来自34名非糖尿病、前T2D和T2D供体的染色质可及性数据进行机器学习，识别出两种在转录和功能上截然不同的β细胞亚型，这些亚型在T2D进展过程中经历了丰度变化。定义亚型的可及染色质富含T2D风险变异，提示亚型身份对T2D具有因果贡献。两种β细胞亚型在T2D中均表现出应激反应转录程序的激活和功能受损，这可能是由T2D相关的代谢环境诱导的。本研究结果展示了结合多模态单细胞测量和机器学习来表征复杂疾病机制的强大能力。图4 β细胞在2型糖尿病（T2D）的染色质活性变化![]()
单细胞技术已经改变了我们对人类组织的理解。然而，研究通常仅捕获有限数量的供体，并且在细胞类型定义上存在分歧。整合多个单细胞数据集可以解决单个研究的这些局限性，并捕捉到群体中的变异性。本研究介绍了整合的人类肺细胞图谱（HLCA），将人类呼吸系统的49个数据集整合成一个覆盖486名个体、超过240万个细胞的单一图谱。HLCA提供了一致的细胞类型重新注释及其匹配的标记基因，包括稀有和以前未描述的细胞类型的注释。利用HLCA中个体的数量和多样性，识别出与人口统计学协变量（如年龄、性别和体重指数）相关的基因模块，以及沿支气管树近端至远端轴改变表达的基因模块。将新数据映射到HLCA可以实现快速的数据注释和解释。使用HLCA作为疾病研究的参考，识别出多种肺病中的共享细胞状态，包括在COVID-19、肺纤维化和肺癌中的SPP1+促纤维化单核细胞衍生巨噬细胞。总体而言，HLCA是开发和使用大规模、跨数据集器官图谱（如人类细胞图谱）的一个示例。![]()
铁死亡是一种依赖铁的程序性细胞坏死形式。雌激素撤退会干扰铁代谢，这与绝经后骨质疏松症（PMOP）的发病机制有关。在此，研究表明雌激素撤退会导致骨骼中铁的积累和骨细胞的铁死亡，从而导致骨矿密度降低。此外，通过直接的骨细胞/破骨细胞共培养系统和谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）敲除的卵巢切除小鼠，验证了骨细胞铁死亡在绝经后骨质疏松症的发生和发展中与过度活化的破骨细胞生成有关。此外，核因子红细胞衍生2相关因子-2（Nrf2）信号通路被证实是骨细胞铁死亡中的关键因素。Nrf2通过调节DNA甲基转移酶3a（Dnmt3a）介导的RANKL启动子DNA甲基化水平来调节核因子κB配体（RANKL）的表达，这是一种在骨细胞铁死亡介导的破骨细胞生成中的重要机制。综上所述，本研究表面骨细胞铁死亡参与了PMOP，并可作为调节骨平衡的靶点。图6 卵巢切除（OVX）小鼠的成骨细胞发生铁死亡（Ferroptosis）的过程发表期刊：Cell Reports Medicine
湿性年龄相关性黄斑变性（AMD）以从脉络膜发出的漏出性新生血管为特征，是导致失明的主要原因。由于目前针对湿性AMD的治疗需要定期进行抗血管内皮生长因子（VEGF）生物制剂的玻璃体内注射，因此需要开发更为微创的治疗方法。在此，我们设计了一种称为EBIN的末端结合蛋白-3（EB3）蛋白的变构抑制剂， 通过限制病理性钙信号来减少环境压力对内皮细胞的影响。在小鼠和非人灵长类（NHP）湿性AMD模型中，通过眼药水递送EBIN可以防止新生血管漏出和脉络膜新生血管形成。EBIN逆转了环境压力诱导的表观遗传变化，使代谢活跃的内皮细胞中的再生程序得以激活，这些内皮细胞构成了脉络膜新生血管（CNV）病变。这些结果表明EBIN 在预防湿性AMD退行性过程中的治疗潜力。图7 EBIN变构抑制剂对脉络膜新生血管（CNV）中代谢活跃的内皮细胞发生逆转以及其基因表达变化发表期刊：Nature Structural & molecular biology
Paired-Tag是一种基于组合索引的方法，可以在单细胞分辨率下同时绘制组蛋白修饰和基因表达的图谱。然而，Paired-Tag的繁琐程序阻碍了其在社区中的广泛采用。为了解决这一瓶颈，本研究开发了一种基于液滴的Paired-Tag算法，比之前的方法更快且更易于操作。使用培养的哺乳动物细胞和初级脑组织，展示其在识别候选顺式调控元件和将其动态染色质状态与复杂组织中每种组成细胞类型的目标基因表达关联方面的优越性能。图8 Droplet Paired-Tag（液滴式组合索引方法）解析小鼠额叶皮层（FC）中的多种细胞类型以及每种细胞类型中的候选顺式调控元件（cCREs）内源性肾脏脂联素通过增强丙酮酸和脂肪酸的利用来驱动糖异生
发表期刊：Nature Communications
脂联素是一种分泌蛋白，主要由脂肪细胞产生。然而，在脂肪细胞之外的细胞类型中也可以观察到低但可检测到的脂联素表达，特别是在肾小管细胞中，但其在局部肾脏中的作用尚不清楚。通过利用雄性诱导性肾小管细胞特异性脂联素过表达或敲除小鼠来评估肾脏脂联素的影响。肾脏特异性脂联素过表达会导致磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶表达增加一倍，并增强丙酮酸介导的葡萄糖生成、三羧酸循环中间体以及脂肪酸氧化（FAO）的上调。抑制FAO会减少脂联素诱导的葡萄糖生成增强，突出了FAO在肾脏糖异生诱导中的作用。相比之下，缺乏肾脏脂联素的小鼠表现出增强的葡萄糖耐受性、较低的利用率和更多的脂质积累。因此，肾脏脂联素通过驱动局部FAO增强来诱导糖异生，并进一步强调了肾脏糖异生对全身的重要贡献。图9 肾小管上皮细胞中脂联素缺乏会破坏脂质摄取并改变脂质分布情况单细胞空间多组学和深度学习解析增强子驱动的肝脏分区基因调控网络
在哺乳动物的肝脏中，肝细胞根据其在肝小叶中的位置展示出多样的代谢和功能特征。然而，目前尚不清楚这种称为分区的空间变化是否由明确的基因调控代码所控制。本研究结合单细胞多组学、空间组学、大规模平行报告基因测定和深度学习，绘制了小鼠肝脏细胞类型中的增强子-基因调控网络。我们发现分区影响了肝细胞及其他细胞类型的基因表达和染色质可及性。这些状态由抑制因子TCF7L1和TBX3以及其他核心肝细胞转录因子（如HNF4A、CEBPA、FOXA1和ONECUT1）驱动。为了研究驱动这些细胞状态的增强子的结构，本研究训练了一个名为DeepLiver的分层深度学习模型。本研究提供了对肝细胞身份及其分区状态的调控代码的多模式理解，可以用于设计具有特定活性水平和分区模式的增强子。快填写下方二维码，来基迪奥咨询单细胞转录组和空间转录组的定制化组学测序服务吧！医学项目：020-84889324
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