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10X高通量单细胞转录组测序技术再发高分文章!2020年2月20日,顶级期刊《Cell》报道了利用高通量单细胞测序绘制小鼠ECs图谱的文章。

Cell发文 | 高通量单细胞转录组测序绘制小鼠内皮细胞精细图谱

该篇文章深度解析了小鼠11个组织ECs的异质性特征,共鉴定得到78个ECs亚型,所有分群结果均可在在线数据库中查询。


文章亮点

1. 第一次大规模提供了小鼠11个组织ECs图谱;

2. 该研究提供了可以用于数据挖掘的网络工具;

3. 详述了组织内和组织间ECs异质性特征;

4. 利用构建的ECs图谱对其他公共数据库数据进行了评价。

Cell发文 | 高通量单细胞转录组测序绘制小鼠内皮细胞精细图谱


研究背景

ECs排列在血管上,在维持氧气、传输营养物质等方面发挥重要作用。然而,单个组织内部ECs的异质性程度,以及不同组织间血管床ECs的异质性在很大程度上都是未知的。过去虽有一些ECs异质性的相关研究,但大多数使用的是 Bulk RNA-sequencing或者集中在研究某个组织内的ECs异质性。本研究利用高通量单细胞测序,对小鼠11个组织的ECs进行大规模异质性研究,并构建了小鼠ECs异质性在线数据库,方便科学工作者对数据进行挖掘研究。


结果展现

1. 构建ECs图谱

Cell发文 | 高通量单细胞转录组测序绘制小鼠内皮细胞精细图谱

Figure 1 ECs图谱和鉴定不同组织间的ECs的特异性marker

Figure 1A 展示了文章的实验流程,通过MACS和FACS富集得到11个组织的ECs进行单细胞测序,结果共获得 39,182 个细胞,每个细胞平均测到1,308个基因的表达。然后根据细胞类型marker剔除掉不关注的细胞类型,最后获得 32,567 ECs进行下游分析。Figure 1B-D展现了ECs的降维聚类细胞图谱以及鉴定出不同组织ECs的marker基因。可以看到除了趾长伸肌ECs,不同组织ECs的marker基因有显著区别。


2. GSVA和SCENIC分析不同组织间ECs的异质性特征

Cell发文 | 高通量单细胞转录组测序绘制小鼠内皮细胞精细图谱

Figure2 不同组织间的ECs的异质性特征

为了展现不同组织间ECs的异质性特征,这里作者用了目前单细胞主流的两大高级分析GSVA和SCENIC。首先作者从MSigDB数据库挑选出615个血管相关基因集,利用GSVA分析这些基因集在不同组织ECs的富集情况。结果发现不同组织来源的ECs富集到不同的生物学过程条目。这些条目揭示了不同组织ECs的不同作用(Figure 2B),如肺部ECs富集了免疫调节相关的条目,揭示了肺部ECs在免疫监视中的作用。接下来,为了研究不同组织ECs表型的潜在分子机制,作者利用SCENIC分析研究转录因子在不同ECs中的调控作用(Figure 2C & Figure 2D),结果发现转录因子调控网络呈现了组织特异性,如 Foxq1和Hoxd9分别在脑部和睾丸中有较强的调控作用。


3. 组织内血管床的异质性研究

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Figure 3不同组织间的ECs的异质性特征

这一部分作者按照组织不同,对每个组织的ECs进行单独降维聚类分析,并根据已知的EC亚型marker进行了亚群定义,如动脉、静脉和毛细血管ECs等(Figure3)。

接下来,作者研究了同一种亚型下,不同组织间保守的marker基因。结果发现,动脉、静脉和淋巴管均能找到组织保守性marker,只有毛细血管很难找到组织间保守性marker,这个结果强调了组织间毛细血管ECs的异质性(Figure 4D)。此外,作者利用 Jaccard相似性系数发现不同组织间动脉血管转录特性最为类似,静脉、毛细血管和淋巴管中则有较大的异质性(Figure 4E)。

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Figure 4不同组织间的ECs的保守性和特异性marker


4. 发现了一些意想不到的ECs亚群

单细胞测序的一大重要特点就是往往能够发现一些新亚群,该篇文章也不例外。作者因为使用分选的ECs进行测序,分辨率较高,获得的都是ECs,所以往往可以发现一些常规情况下很难发现的新亚群。这里作者就发现了一些新的亚群,如首次在肠道中发现Aqp7阳性的毛细血管ECs(Figure 4A),并进行了免疫荧光验证(Figure 4F)。

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Figure 5 ECs新亚群鉴定


5. 组织间ECs代谢相关基因的特异性

ECs的代谢相关基因主要在血管稳态和生成上发挥作用。前面发现,不同组织ECs的均上调了不同的代谢相关基因的表达,因此,这里作者想要探究不同组织ECs代谢相关基因的特异性表达差异。结果发现,不同组织ECs代谢相关基因表达有显著性差异。如脑部ECs特异性富集葡萄糖转运、氨基酸和脂肪酸相关基因(Figure 6B),脾脏ECs显著性富集胆固醇代谢相关基因(Figure 6D)。此外,作者发现同一个组织下,不同血管床也会表现出代谢相关基因的差异性表达。如脑部ECs中,动脉、静脉和毛细血管ECs均高表达转运相关基因,除了脉络丛ECs(Figure 6H)。

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Figure 6 组织间ECs代谢相关基因的异质性特征


6. ECs图谱的普适性评价

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Figure 7 使用ECs图谱对公共数据库进行注释

最后作者利用了公共数据库评价了构建的ECs图谱在识别ECs亚型上的表现,发现构建的ECs图谱具有普适性(Figure 7A),并且没有性别区分。


欧易点评

  1. 细胞图谱是单细胞文章的基础也是根本,2020年仍然是高分文章的主流思路;
  2. 该篇文章11个组织仅捕获到三万多细胞,并且组织间捕获的细胞数目偏差比较大,证明细胞捕获数目以及样本间细胞数目差异并不是发高分文章的第一要素;
  3. 高级分析很重要,如该篇文章利用到的GSVA分析和SCENIC分析;
  4. 细胞类型和亚型的定义,必须依赖于经典marker的表达,这部分也是最花费精力的;欧易生物对每一个单细胞项目均配置了经验丰富的技术支持人员,帮助客户快速、准确判定细胞类型;
  5. 代谢相关基因、疾病相关基因在不同分组中的表达差别分析,高分文章屡试不爽,欧易生物即将推出系列讲座,敬请期待




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