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文章标题：Single-cell RNA sequencing reveals different chondrocyte states in femoral cartilage between osteoarthritis and healthy individuals
中文标题：单细胞 RNA 测序揭示了骨关节炎和健康个体之间股骨软骨中的软骨细胞状态不同
发表期刊：Frontiers in Immunology
发表时间：2024年5月
影响因子：6.8/Q1
研究背景
软骨损伤是骨关节炎 （OA） 的主要病理表现。健康的软骨细胞是软骨再生和修复的先决条件。健康软骨细胞类型和 OA 软骨细胞类型之间的差异以及这些类型在软骨再生和 OA 进展中的作用尚不清楚。
研究方法
本研究对膝关节正常股骨远端 （NC 组） 和 OA 股骨 （OA 组） 软骨进行单细胞 RNA 测序 （scRNA-seq），构建软骨细胞图谱，比较两组细胞亚型的差异。进行伪时间和 RNA 速度分析以验证细胞亚型的可能分化序列。采用 GO 和 KEGG 通路富集分析探讨各细胞亚型的潜在功能特征，并预测细胞分化过程中的功能变化。通过单细胞调控网络推断和聚类 （SCENIC） 探索亚型转录调控的差异。通过免疫组织化学染色 （IHC） 鉴定各细胞亚型在软骨组织中的分布
研究结果
1.股骨软骨软骨细胞的单细胞分析和鉴定
分析 75,104 个细胞并将其分组为 0-18 簇（图 1D）。质量控制的条件如图 1B、C 所示。然后将 19 个簇总结并注释为 11 种不同的细胞亚型，包括 EC-A、EC-B、HTC-A、HTC-B、RegC-A、RegC-B、FC、METRNL+ 亚型、PRG4+ 亚型、C1QA+ 亚型和未定义的亚型。
2.生物学特性 METRNL+ 和 PRG4+ 亚型
NC 组的 METRNL+ 亚型数量远高于 OA 组，其遗传表达过程等功能尤为突出。功能相似亚型的 RNA 速度分析显示 METRNL+ 具有最活跃的 RNA 代谢，表明它可能处于分化过程的早期阶段。对 METRNL+ 亚型遗传表达特征的进一步探索表明，除了 METRNL 外，ANGPTL4、MMP3、LOX、PYGL、VEGFA 等基因也特别高表达。
3.伪时间和 RNA 速度揭示了细胞亚型的分化顺序
分别对所有细胞、NC 组和 OA 组进行了伪时间 和 RNA 速度分析 ，并通过 umap 图进一步可视化了由伪时间分析确定的状态 。每种软骨细胞亚型的分化序列如图 所示。详细地说，对于所有细胞，处于状态 1（METRNL + 软骨细胞、HTC 和 EC-A）的细胞分化为 fate1 和 fate2 方向，分别代表状态 2（未定义的亚型）和状态 5（EC-B、RegC-B、FC、PRG4 + 软骨细胞）。
4.细胞分化过程中转录调控的差异
为了阐明从 EC 到异常分化软骨细胞的转录调控的演变，我们对 EC-A 、 EC-B 和 RegC-B 进行了转录比较和功能富集分析。显示了每种软骨细胞亚型的前 10 个特异性转录因子。RSS 评分后，我们获得了每种亚型 5 个突出的转录因子。最后根据基于 umap 图的转录因子表达水平筛选出 MSX2 （EC-B） 、 TCF4 （RegC-B） 和 DDIT3 （EC-A） 这三个重要的转录因子 。为了阐明 3 种转录因子的调控特征，我们绘制了 3 种转录因子及其亚型 DEGs 之间的调控网络。
文章小结
该研究结果表明，成骨功能并不是 METRNL+ 亚型的主要功能。其 GO 术语侧重于蛋白质合成和运输等功能，并补充说 MMP3 等分解代谢的代表性基因在该亚型中特异性表达，表明该亚型是一组具有活性合成和分解代谢过程的软骨细胞。软骨细胞合成和分解代谢之间的平衡是软骨组织维持和更新其 ECM 的驱动力 。如果您对生信分析和公共数据库挖掘感兴趣，但时间和精力有限或者缺乏相关经验，小骨非常乐意为您提供如下服务：免费思路评估、付费方案设计和生信分析等，有意向的老师欢迎联系小骨哦！
