單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)深刻地改變了科研模式。隨著技術(shù)的推廣，單細(xì)胞數(shù)據(jù)挖掘已經(jīng)從早期的圖譜構(gòu)建過渡到聚焦特定的細(xì)胞類型，挖掘驅(qū)動(dòng)表型的核心基因，探究細(xì)胞互作模式等，這對(duì)于理解生物學(xué)過程、疾病診治、藥效預(yù)測(cè)以及免疫療法的靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn)等具有重要意義。但是，從海量的單細(xì)胞數(shù)據(jù)中挖掘出有用信息仍然是一個(gè)巨大的難題。我們結(jié)合文獻(xiàn)，為大家分享單細(xì)胞數(shù)據(jù)挖掘的五大策略。

策略一，發(fā)現(xiàn)和鑒定新的細(xì)胞類群。2022年12月，張寧團(tuán)隊(duì)和張澤民團(tuán)隊(duì)合作在Nature雜志發(fā)表題目為Liver tumour immune microenvironment subtypes and neutrophil heterogeneity的研究論文。文章運(yùn)用單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)描繪了原發(fā)肝癌的免疫微環(huán)境景觀并進(jìn)行了分型，重點(diǎn)關(guān)注其中的腫瘤相關(guān)中性粒細(xì)胞（TAN）。

2024年5月，中科院張曉明教授與復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院高強(qiáng)教授、樊嘉院士和浙江大學(xué)郭國驥教授等合作在Science雜志上發(fā)表題為A blueprint for tumor-infiltrating B cells across human cancers的研究論文，揭示了腫瘤浸潤 B 細(xì)胞的兩種應(yīng)答模式及其對(duì)抗腫瘤免疫的影響。

研究人員整合了自測(cè)數(shù)據(jù)和公共數(shù)據(jù)共477例樣本的 B 細(xì)胞單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，將 B 細(xì)胞分為15個(gè)大群，包括IFIT3+ B 細(xì)胞、DUSP4+ 非典型記憶（Atypical memory, AtM）B 細(xì)胞、生發(fā)中心（GC） B 細(xì)胞和漿細(xì)胞等。本研究重點(diǎn)研究了EF來源漿細(xì)胞的前體細(xì)胞——DUSP4+ AtM B 細(xì)胞，主要描繪了其在腫瘤中的表型和調(diào)控機(jī)制。

差不多同一時(shí)間，高強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)與合作者在Cell雜志發(fā)表題為Neutrophil profiling illuminates anti-tumor antigenpresenting potency的研究論文。該研究借助單細(xì)胞測(cè)序數(shù)據(jù)，分析了17種癌癥類型中225個(gè)樣本的中性粒細(xì)胞，揭示其在癌癥中的10種不同狀態(tài)，包括炎癥、血管生成和抗原呈遞。研究發(fā)現(xiàn)，HLA-DR+CD74+亞群中性粒細(xì)胞，與多數(shù)癌癥的預(yù)后較好相關(guān)，并且能夠通過亮氨酸代謝激活來增強(qiáng) T 細(xì)胞的抗原反應(yīng)。

策略二：Frequency有差異的細(xì)胞類群（亞群特征表達(dá)基因）。單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組技術(shù)是捕捉細(xì)胞異質(zhì)性的強(qiáng)有力工具，通過對(duì)亞群特征表達(dá)基因的探索，挖掘細(xì)胞異質(zhì)性，構(gòu)建精細(xì)細(xì)胞圖譜。

2019年9月，Nature Communications雜志發(fā)表題為Heterogeneity of human bone marrow and blood natural killer cells defined by single-cell transcriptome的研究論文。研究者通過單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序數(shù)據(jù)，定義了人類骨髓和血液中不同的NK細(xì)胞亞群，利用每個(gè)亞群的特征表達(dá)模式定義這些具有特殊功能的NK細(xì)胞。

策略三：組間顯著差異基因。通過組間比較篩選潛在的調(diào)控因子是bulk RNA測(cè)序數(shù)據(jù)挖掘最常用的方法，可以快速縮小研究范圍。在單細(xì)胞數(shù)據(jù)挖掘中，我們可以進(jìn)一步確定調(diào)控表型的關(guān)鍵因子是通過何種具體的途徑調(diào)控表型。

2024年10月，華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院王從義教授團(tuán)隊(duì)在Cell Metabolism發(fā)表題為PDIA3 defines a novel subset of adipose macrophages to exacerbate the development of obesity and metabolic disorders的研究論文。借助單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組測(cè)序數(shù)據(jù)，該研究發(fā)現(xiàn)脂肪組織巨噬細(xì)胞（ATMs）亞群僅在肥胖受試者中高度富集。這群細(xì)胞高表達(dá)ATF4、PDIA3、ACSL4、CCL2，因而被定義為炎癥和代謝激活的巨噬細(xì)胞（iMAMs）。這些iMAMs在肥胖和相關(guān)代謝紊亂的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

策略四：從轉(zhuǎn)錄因子切入。 當(dāng)我們無法鑒定到新的細(xì)胞類群，也找不到合適的特征基因和差異基因作為主線繼續(xù)挖掘數(shù)據(jù)時(shí)，轉(zhuǎn)錄因子是一個(gè)很好的切入點(diǎn)。轉(zhuǎn)錄因子分析為探索細(xì)胞異質(zhì)性開辟了一條新途徑，它著重于從Regulons（調(diào)控子）的活性異質(zhì)性角度出發(fā)，剖析不同細(xì)胞亞群間的調(diào)控子差異，并借助Regulons網(wǎng)絡(luò)分析，深入挖掘驅(qū)動(dòng)表型的關(guān)鍵調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。這種策略有點(diǎn)像Bulk測(cè)序中的互作分析或者WGCNA。

2020年7月，PNAS雜志發(fā)表題為 Cell profiling of mouse acute kidney injury reveals conserved cellular responses to injury的研究論文。 研究人員借助SCENIC分析了不同分化命運(yùn)下Regulons活性的異質(zhì)性，篩選處異質(zhì)性較強(qiáng)的Regulons，并查看靶基因表達(dá)變化，在成功修復(fù)集群中，轉(zhuǎn)錄因子Hnf4a、Hnf1b和Pbx1驅(qū)動(dòng)了多個(gè)與修復(fù)相關(guān)基因的表達(dá)，包括各種溶質(zhì)連接的載體Plxdc2、Gas2和Dab2，最終解析了小鼠急性腎臟損傷修復(fù)關(guān)鍵分析機(jī)制。

策略五：細(xì)胞通訊，找核心配受體。 細(xì)胞通訊是一個(gè)非常受歡迎的研究方向，其中配體與受體的相互作用是探究細(xì)胞互作的常用手段。典型的互作模式涉及 A 細(xì)胞釋放的 B 配體與 C 細(xì)胞上的 D 受體結(jié)合，這一過程具有明確的方向性。因此，細(xì)胞通訊常被用來闡明細(xì)胞類型 A 的功能機(jī)制。2023年2月，Cance Cell雜志發(fā)表題為Immune checkpoint HLA-E:CD94-NKG2A mediates evasion of circulating tumor cells from NK cell surveillance的研究論文。

這篇文章通過 細(xì)胞通訊分析，發(fā)現(xiàn)血液中的腫瘤循環(huán)細(xì)胞CTC與腫瘤細(xì)胞之間可通過多種蛋白分子來實(shí)現(xiàn)細(xì)胞間的互作 。這是這篇文章的核心，也是另一篇文章的基本出發(fā)點(diǎn)！

后面就是各種驗(yàn)證。 體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)的互作探究。

動(dòng)物模型。

2024年9月，作者們用同一套數(shù)據(jù)在Cell Discovery雜志發(fā)表題為Immune checkpoints HLA-E:CD94-NKG2A and HLA-C:KIR2DL1 complementarily shield circulating tumor cells from NK-mediated immune surveillance的通訊文章。

這項(xiàng)研究將NK細(xì)胞細(xì)分為三群。NK-1是轉(zhuǎn)移灶和原發(fā)灶有，肝門靜脈 (HPV) 沒有的；NK-2和NK-3是轉(zhuǎn)移灶和HPV都有的（參與腫瘤轉(zhuǎn)移的）。亞群細(xì)分后，就發(fā)現(xiàn)Cancer Cell報(bào)道的CD94:NKG2A-HLA-E是HPV的NK-2和NK-3與CTC互作的，除此之外，CTC HPV的NK-2通過HLA-C:KIR2DL1，NK-3通過HLA-C:KIR2DL3進(jìn)行互作。細(xì)胞通訊分析仍然是這篇通訊文章中最重要的分析。

作者就HLA-C:KIR2DL1這對(duì)互作分子進(jìn)行了深入研究。 通過HLA-E和HLA-C在小鼠腫瘤模型中的單、雙敲除實(shí)驗(yàn)（Loss-of-function），分析腫瘤大小、小鼠生存驗(yàn)證雙重阻斷HLA-C:KIR2DL1和HLA-E:CD94-NKG2A，可以進(jìn)一步抑制腫瘤轉(zhuǎn)移。 機(jī)制上比較簡略，沒有實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，只是簡單的呈現(xiàn)在示意圖中了。

利用細(xì)胞通訊分析，比較容易地可以找到組間差異通訊的互作分子，這樣又有表型，又有機(jī)制，還可以作為靶點(diǎn)進(jìn)行后續(xù)研究。 精彩！ 非常精彩！

本文根據(jù)美吉生物的推文而創(chuàng)作，部分內(nèi)容直接應(yīng)用，但是加入了我們自己的觀點(diǎn)。奇文共欣賞，疑義相與析，供各位果友參考！參考鏈接：

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