最新单细胞测序高分文章解析
本期我们回顾下6月份单细胞领域发表的文章，并挑选其中的高分文章进行分享。
小编在Pubmed搜索了2021/06/01—2021/06/31在Title/Abstract中出现single cell或single nucleus的文章，总数为841篇，按照影响因子篇数分布如下：
Review：114篇
IF≥20：84篇
10<IF<20：135篇
#1
■ 单细胞基因组数据映射解析大脑类器官的区域特性
摘要：人类干细胞产生的类大脑结构为研究人类大脑的发育、疾病和进化提供了极大的可能性。这些3D模型非常复杂，可以包含来自不同大脑区域的处于不同分化阶段的细胞。单细胞基因组学提供了强大的方法来探索脑类器官系统中的细胞组成、分化轨迹和遗传扰动。但是，要理解各个类器官内部和之间的异质性仍然是一项重大挑战。在本研究中，科学家们开发了一套计算工具(VoxHunt)，通过将空间和单细胞转录组参考数据集进行比较来评估大脑器官的模式、发育状态和细胞身份。通过来自于不同大脑类器官模型的单细胞和组织的基因组数据，研究人员使用VoxHunt来表征细胞组成并将其可视化。VoxHunt将有助于评估类器官构建方案，并为遗传和环境扰动条件下中类器官中细胞命运进行注释。
#2
■ 通过单细胞测序发现流感疫苗诱导的免疫细胞表观基因组和转录全景图
摘要：越来越多的证据表明了表观基因组在免疫中起着重要作用。基于此，本研究从单细胞水平绘制了人类流感疫苗免疫的表观基因和转录图谱。接种季节性流感疫苗后，单核细胞和髓系树突状细胞(mDCs)中的H3K27ac持续减少，这与细胞因子对toll样受体刺激的反应受损有关。单细胞染色质分析（scATAC-seq）显示，接种疫苗后，AP-1靶向位点的染色质可及性降低，单核细胞具有明显的表观基因组亚群。接种AS03佐剂的H5N1大流行性流感疫苗也观察到类似的效果。然而，该疫苗也刺激了单核细胞和mDCs中干扰素应答因子(IRF)位点染色质可及性的持续增加。这与抗病毒基因表达的提高以及对不相关的寨卡病毒和登革病毒抵抗力的提高有关。这些结果表明，接种疫苗刺激了先天免疫系统持续的表观基因组重构，并揭示了AS03作为表观遗传佐剂的潜力。
#3
■ 肝细胞癌和肝内胆管癌治疗后肿瘤细胞进化的单细胞图谱
背景与目的：肿瘤内分子异质性是肿瘤发生的重要特征，与治疗失败和患者预后有关。本研究的目的是通过单细胞转录组学分析来确定肿瘤细胞进化的驱动因素。
方法：对NIH临床中心37例肝细胞癌（HCC）和肝内胆管癌（iCCA）患者的46例活检标本进行分析，其中从7例患者的治疗前和治疗后收集了16例活检样本。研究者开发了一种新的基于机器学习的共识聚类方法来跟踪57000个恶性和非恶性细胞的细胞状态，包括基于肿瘤细胞转录组的功能克隆分析；使用 RNA 速率法和反向图嵌入确定了肿瘤细胞之间的关系；还研究了4例患者的纵向样本，以确定肿瘤细胞状态及其演变，并且在488名HCC患者和277名iCCA患者的转录组数据中验证了研究结果。
结果：使用转录组作为功能克隆的替代物，观察到肿瘤细胞状态异质性的增加，这与患者的预后密切相关。此外，功能性克隆性的增加伴随着极化的免疫细胞，其中包括预先耗尽的 T 细胞的增加。SPP1的表达与肿瘤细胞进化和微环境重编程密切相关。最后，研究者们开发了一个用户友好的在线界面作为一个肝癌单细胞图谱的知识库。
结论：该研究为肝癌中肿瘤细胞群体的集体行为，以及对治疗做出反应的肿瘤进化的潜在驱动因素提供了更深层次的见解。
#4
■ 通过密度保持数据可视化评估单细胞转录组变异性
摘要：非线性数据可视化方法，例如t-SNE和UMAP，概括了单细胞复杂的二维或三维转录组景观，但忽略了原始空间数据点的局部密度，通常会导致误导性的视觉化，即数据集中的细胞子集赋予了比其在转录多样性数据集中更多的视觉空间。本研究中介绍了den-SNE和densMAP，分别是基于t-SNE和UMAP的密度保持可视化工具，并展示了它们将转录组变异性信息准确地整合到单细胞RNA测序数据的视觉解释中的能力。研究人员将其应用于最近发布的数据集，发现其结果可以揭示一系列生物学过程中转录组差异的显著变化，包括血液和肿瘤中免疫细胞转录组变异的异质性、人类免疫细胞特化和秀丽隐杆线虫的发育轨迹。该方法还很容易适用于可视化其他科学领域的高维数据。
#5
■ 单细胞核测序探索重度COVID-19患者的大脑和脉络膜丛细胞类型失调
摘要：虽然SARS-CoV-2主要针对呼吸系统，但COVID-19患者和幸存者可能会出现神经系统症状。然而，目前对COVID-19患者大脑中受影响的细胞和分子过程缺乏充分的理解。本研究从14个对照个体(包括1名晚期流感患者)和8名COVID-19患者的30个额叶皮质和脉络膜丛样本中分析了65309个单核转录组。虽然系统分析没有在大脑中发现SARS-CoV-2的分子痕迹，但还是观察到广泛的细胞扰动，表明脉络膜丛的屏障细胞感知和传递外周炎症到大脑，并显示外周T细胞浸润实质。研究者发现与COVID-19相关的小胶质细胞和星形胶质细胞亚群与之前在人类神经退行性疾病中报道的病理细胞状态有共同特征。人类上层兴奋性神经元的突触信号（在进化上扩展并与认知功能相关）优先受COVID-19的影响。在细胞类型中，与COVID-19相关的干扰与慢性大脑疾病中发现的干扰重叠，并存在于与认知、精神分裂症和抑郁症相关的基因变异中。该研究结果和公共数据集提供了一个分子框架，以了解目前对COVID-19相关神经系统疾病的观察，以及今后可能出现的任何此类疾病。
#6
■ 通过染色质和转录组的单细胞联合检测实现高维的表观基因组重建
摘要：细胞命运决定中的破译机制需要在转录调控中对多维表观基因状态进行单细胞整体重建。本研究报道了一种新型单细胞多组学技术CoTECH (combined assay of transcriptome and enriched chromatin binding) ，该技术能够高通量地在单个细胞中同时捕获蛋白质-染色质互作和基因表达信息，并重构单细胞多维表观景图。利用CoTECH技术，作者在小鼠胚胎干细胞中解析了二价染色质区域（bivalent chromatin domain）与基因表达的联系，结合“pseudosingle cells”策略解析随拟时序发展中二价染色质评分与H3K4me3/H3K27me3及基因表达的动态关系。此外，作者还在利用CoTECH解析小鼠胚胎两波生血事件中细胞命运决定的偏向，表明造血干细胞启动的转录调控具有独特的表观遗传学控制。CoTECH为染色质和转录的单细胞共测定提供了一个有效的框架，从而使高维的表观基因组重建成为可能，对全面理解基因表达调控的机制非常重要。
#7
■ 具有组合流体索引的超高通量单细胞 RNA 测序和扰动筛选技术
摘要：细胞图谱项目和高通量扰动筛选要求单细胞测序的规模在当前技术中具有挑战性。为了对数百万个单个细胞进行经济高效的单细胞测序，研究者开发了“单细胞组合流体索引”（scifi）技术。scifi-RNA-seq分析结合了通过微流体对透化细胞内整个转录组的一步组合预索引和随后的单细胞RNA-seq。预索引允许为每个液滴加载多个细胞，并通过计算分解它们各自的表达谱。因此，scifi-RNA-seq 大大提高了基于液滴的单细胞 RNA-seq 的吞吐量，并提供了一种在单个实验中多路传输数千个样本的简单方法。与多轮组合索引相比，scifi-RNA-seq 提供了简单高效的工作流程。与标记和丢弃包含多个细胞的液滴的细胞散列方法相比，scifi-RNA-seq 解析并保留来自过载液滴的单个转录组。研究者在各种人类和小鼠细胞系上对 scifi-RNA-seq 进行了基准测试，针对原代人类 T 细胞对其进行了验证，并将其应用于具有 T 细胞受体激活的单细胞转录组读数的高度多重 CRISPR 筛选。
#8
■ 外周免疫细胞的单细胞表观基因组图谱揭示了COVID-19恢复期个体训练免疫的建立
摘要：严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2 (SARS-CoV-2)感染常导致严重并发症甚至死亡。然而，无症状感染也有报道，表明了个体间免疫反应存在差异。在这里，我们对COVID-19恢复期个体和健康捐赠者的外周血单个核细胞进行了单细胞染色质可及性和T细胞受体分析。COVID-19恢复期个体的先天性和适应性免疫细胞中均观察到染色质重构。与健康供体相比，恢复的个体含有大量富含 TBET 的 CD16 和富含 IRF1 的 CD14 单核细胞，具有连续训练和激活的表观基因状态。恢复个体的B细胞谱系表现出从未成熟B细胞到产生抗体的浆细胞的加速发育过程。最后，一项结合染色质可及性的单细胞T细胞受体克隆性的综合分析显示，具有表观基因组特征的SARS-CoV-2特异性CD8 T细胞的扩增可促进效应细胞或记忆细胞的分化。总体而言，数据表明，COVID-19恢复期个体的免疫细胞表现出染色质可及性景观的整体重构，表明免疫记忆的建立。
#9
■ 单细胞RNA测序揭示心外膜源性细胞在心律失常性心肌病中的旁分泌功能
背景：心律失常性心肌病（ACM）表现为猝死、心律失常、心力衰竭、细胞凋亡和心肌纤维脂肪生成。典型的表型开始于心外膜，并进展到跨膜。桥粒蛋白编码基因的突变，包括桥粒蛋白，是引起ACM的主要原因。
方法：为了阐明心外膜对ACM发病机制的贡献，该等位基因在他莫昔芬诱导的Cre表达后在小鼠心外膜细胞中有条件地缺失。将野生型(WT)和Rosa26 (R26)双报告蛋白小鼠杂交，用EGFP(增强绿色荧光蛋白)报告蛋白标记心外膜源性细胞。标记的心外膜来源的细胞来自成人:R26和:R26小鼠心脏，通过荧光激活细胞染色分离，并用单细胞RNA测序法测定其序列。
结果：WT1（Wilms tumor 1）在小鼠出生后表达逐渐受限，至出生后第21天仅在心外膜表达，在心外膜细胞中表达减少，而在心肌细胞中表达不明显。小鼠表现为过早死亡、心功能不全、心律失常、心肌纤维脂肪生成和细胞凋亡。对约18000个EGFP标记的心外膜来源细胞进行单细胞RNA测序，发现了不依赖基因型的内皮细胞簇、成纤维细胞簇、上皮细胞簇和非常小的心肌细胞簇，在心肌切片的共免疫荧光染色中证实了这一点。两种基因型成对簇间的差异表达基因预测炎症和有丝分裂途径的激活，包括心外膜源性成纤维细胞和上皮簇中的TGFβ1（转化生长因子β1）和成纤维细胞生长因子，但预测其在内皮细胞群中受到抑制。这些发现通过分析汇集的RNA测序数据中的基因表达得到证实，这些数据确定了上皮-间充质转化的主要基因的失调，以及编码分泌蛋白的146个基因的失调，包括TGFβ1途径中的基因。通过补充方法验证了：R26小鼠心脏中TGFβ1的激活及其与纤维化的共定位。
结论：心外膜源性心肌成纤维细胞和上皮细胞表达旁分泌因子，包括TGFβ1和成纤维细胞生长因子，它们介导上皮-间质转化，参与ACM小鼠心肌纤维化、凋亡、心律失常和心功能不全的发病机制。这些发现揭示了心外膜源性细胞在ACM发病机制中的作用。
#10
■ 从单细胞癌症基因组的时间序列模型中推断克隆适应性
摘要：由于缺乏多克隆群体的时间序列单细胞采样和时间统计模型，在定义癌症中的基因组适应性景观方面，尤其是那些由拷贝数改变 (CNA) 定义情况方面的进展仍旧受到阻碍。该研究团队利用乳腺上皮和原发性三阴性乳腺癌 (TNBC) 患者来源的异种移植物 (PDX) 的多年时间序列单细胞全基因组测序（ multi-year time-series single-cell whole-genome sequencing）数据，获得了 42000个基因组， 揭示了由TP53突变和顺铂化疗诱导的CNA定义的克隆适应性动态性质。使用新的Wright-Fisher种群遗传模型来推断克隆适应度，研究人员发现TP53突变改变了适应性景观，可重复地将适应性分布在与不同CNA相关的大量克隆上。此外，在具有突变TP53的TNBC-PDX模型中，从基于CNA基因型推断出的适应度系数准确地预测了实验强制得到的克隆竞争动态。对三个长期连续传代的TNBC-PDXs进行药物治疗后，在未处理的环境中，从低适应度系统发育谱系中出现了顺铂耐药克隆。相反，从未接受治疗的对照组中克隆出的高适应度克隆被根除，表明适应度格局发生逆转。最后，在药物释放后，选择压力动态发生逆转，这表明治疗抵抗的适应成本。总之，该研究的发现定义了与多克隆肿瘤中CNA和治疗耐药性相关的克隆适应度。