单细胞专题（三） | 科普界《工作细胞》又A又飒，但科研圈宠儿还得是它！
科普动漫《工作细胞》更新啦！
在科研界兢兢业业打工的小美，面对如此科普生命科学的动漫清流，必须要极力向小伙伴们推荐。。。其中关于免疫系统的知识点，也强烈建议大家多多了解~而其中非常重要的免疫系统各种细胞们，则是守卫人体世界和平的最给力的战士。
《细胞工厂》告诉我们，科普也能又潮又飒。殊不知，在学术界，对我们的免疫系统的研究也有一个又潮又飒的方法已是炙手可热，那就是单细胞转录组（scRNA-seq）。目前免疫系统scRNA-seq研究方向大致包括免疫细胞发育、分子免疫机制和免疫性疾病等。
01
免疫细胞发育轨迹
免疫细胞发育，研究的是从髓系或淋巴干细胞向各类成熟免疫细胞（如B细胞、T细胞、巨噬细胞、粒细胞、NK细胞等）分化、以及各种功能亚型之间转变的过程，鉴定细胞类型、重建分化路径。
文献案例1
标 题：Decoding human fetal liver haema topoiesis
发表期刊：Nature
样本类型：受孕后4周至17周的人胚胎肝脏、卵黄囊、肾脏和皮肤组织
影响因子：42.778
发表时间：2019.10
DOI: 10.1038/s41586-019-1652-y
文章概要：
胎儿肝脏中的确定性造血过程，维持着造血干细胞和多能祖细胞（HSC/MPPs）的自我更新与分化，但在人类中定义仍不明确。作者研究了大约140,000个肝脏细胞及74,000个皮肤、肾脏和卵黄囊细胞的单细胞转录组测序，鉴定了发育过程中人类血液和免疫细胞的组成样式。
文章推演了从HSC/MPPs开始的分化轨迹，并评估组织微环境对血液和免疫细胞发育的影响：胎儿皮肤中的生理性红细胞生成；卵黄囊中肥大细胞、自然杀伤细胞和先天性淋巴样细胞前体的出现；平行于HSC/MPPs分化潜能的改变，妊娠期间胎儿肝脏血细胞组成从红细胞为主发生了一次转移。
这篇文章描绘了胎儿肝脏造血系统的整合图谱，为儿科血液与免疫疾病的研究提供了一份蓝图，并可作为开发HSC/MPPs治疗潜力的参考。
文献案例2
标 题：Precursors for Nonlymphoid-Tissue Treg Cells Reside in Secondary Lymphoid Org ans and Are Programmed by the Transcription Factor BATF
发表期刊：Immunity
样本类型：脾脏、腹股沟LN、BM、血液、VAT、皮肤、肺和肝脏等分离出的记忆Treg细胞
影响因子：22.553
发表时间：2020.01
DOI: 10.1016/j.immuni.2019.12.002
文章概要：
特化的调节性T细胞（Treg）在非淋巴组织中积累，并发挥稳态维持和再生功能，然而其共同前体是否存在以及分化路径如何尚不明确。
使用转录因子核因子、白介素3调节（Nfil3）的报告小鼠和单细胞RNA测序（scRNA-seq），作者鉴定出白细胞介素33（IL-33）受体ST2表达型非淋巴组织Treg细胞的两个前体阶段，这些细胞分布在脾脏和淋巴结中。非淋巴组织Treg细胞和两个前体阶段的全局染色质动态图形，显示出染色质可及性的渐进式开放，以及趋向非淋巴组织Treg细胞表型的重编程。
机制上，文章确定并验证了转录因子Batf作为前体细胞中分子组织进程的驱动因子。以上成果有助于操纵Treg细胞的再生，以应用于疾病治疗。
02
探索免疫机制
免疫反应的效率，取决于参与免疫过程中高异质性免疫细胞的协同。单细胞测序可用于分析免疫细胞亚群和细胞间网络，探索免疫系统作用机制及个体间差异。
标 题：Single-cell transcriptome profiling reveals neutrophil heterogeneity in homeostasis and infection
发表期刊：Nature immunology
样本类型：小鼠稳态下的骨髓、外周血和脾脏的中性粒细胞
影响因子：20.479
发表时间：2020.07
DOI: 10.1038/s41590-020-0736-z
文章概要：
中性粒细胞异质性与分化路径的完整图景仍未被全部解析。文章采用scRNA-seq技术，获得>25,000个分化或成熟小鼠中性粒细胞测序数据，以构建在稳态和细菌感染条件下，中性粒细胞成熟、功能执行和命运决定的全局转录图谱。
实验共鉴定出8个中性粒细胞群体，其中3种成熟的外周血中性粒细胞亚群分别起源于不同的未成熟骨髓群体。在已知和未知转录因子的驱动下，中性粒细胞的转录样式发生改变，并逐渐获得微生物杀灭能力；这代表了一种进化机制，以实现对有效且平衡的中性粒细胞反应的精细调节。细菌感染重塑了中性粒细胞群体的遗传结构，改变了亚群之间的动态过渡，并在不影响整体异质性的情况下增强了中性粒细胞功能。
总之，这些数据为从单细胞层面研究中性粒细胞相关疾病的分子机制、biomarker和治疗靶点提供了参考模型和一般框架。
文献案例2
标 题：Landscape and Dynamics of Single Immune Cells in Hepatocellular Carcinoma
发表期刊：Cell
样本类型：16例HCC病人的肿瘤、邻近肝脏、肝淋巴结（LN）、血液和腹水
影响因子：38.637
发表时间：2019.10
DOI: 10.1016/j.cell.2019.10.003
文章概要：
肝细胞癌（HCC）的免疫微环境尚不清楚。本文结合10x Genomics和SMART-seq2两种单细胞测序技术，从HCC患者五个免疫相关部位（肿瘤、癌旁、肝淋巴结、血液和腹水），分离CD45+免疫细胞，进行转录组学测序分析。
一簇LAMP3+树突状细胞（DCs）似乎是传统DCs的成熟形态，具有从肿瘤向肝淋巴结（LNs）迁移的能力；LAMP3+ DCs也表达不同的免疫相关配体，并显示出调节多种亚型淋巴细胞的潜能。文章发现，在表现不同转录状态的肿瘤巨噬细胞中，肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）与不良预后相关，并明确了SLC40A1和GPNMB基因在其炎症反应中的作用。
此外，腹水中的髓系和淋巴细胞分别主要表现肿瘤和血液来源。这项研究揭示的CD45+细胞动态特征，为HCC的免疫图景增加了新的维度。
03
免疫性疾病研究
免疫性疾病，即免疫系统自身异常所导致的疾病状态，可分为先天型或后天型。常见病种如系统性红斑狼疮、类风湿性关节炎、艾滋病（AIDS）等。
文献案例1
标 题：Design and application of single-ce ll RNA sequencing to study kidney immune cells in lupus nephritis
发表期刊：Nature Reviews Nephrology
影响因子：20.711
发表时间：2019.12
DOI: 10.1038/s41581-019-0232-6
文章概要：
解析狼疮性肾炎引起组织损伤的免疫机制一直是一个挑战。scRNA-seq等高解析度细胞分析方法的出现，使得对小样本量肾脏活检组织中细胞群体的详细表征成为可能。与此同时，保持完整活性细胞的肾脏活检标本冷藏方法的发展，让我们可以对采集自不同地点、跨越多个地理区域和人口群体的组织样本进行统一分析。
这些方法的应用，让狼疮性肾炎患者病理组织中存在的浸润性和常驻免疫细胞以及实质细胞的表型特征已逐步开始得到更好地描述。尿液免疫细胞群体的检测，提示对肾脏免疫激活的非侵入性监控或许是可能的。
一旦扩大应用范围，这些高维研究方法或许可以帮助我们依据肾脏免疫细胞激活模式对患者进行分级，并开发更加高效的临床诊断标记，进而使我们对肾脏炎症的理解在未来得到极大拓展。
文献案例2
标 题：Defining inflammatory cell states in rheumatoid arthritis joint synovial tissues by integrating single-cell transcriptomics and mass cytometry
发表期刊：Nature immunology
样本类型：36名RA患者，15名OA患者的滑膜组织
影响因子：20.479
发表时间：2019.05
DOI: 10.1038/s41590-019-0378-1
文章概要：
类风湿性关节炎（RA）是一种自身免疫性疾病，关节滑膜表现长期慢性炎症。
文章选择51例RA及骨关节炎（OA）患者滑膜组织样本，利用流式细胞术分选出其中的T细胞、B细胞、单核细胞和成纤维细胞，继而结合scRNA-seq、bulk RNA-seq等测序方法，共获得5,265个高质量单细胞测序数据，鉴定出18个细胞亚群。
在RA滑膜中发现以下细胞状态的扩张：THY1(CD90)+HLA-DRAhi亚成纤维细胞、IL1B+促炎单核细胞、ITGAX+TBX21+自身免疫相关B细胞以及PDCD1+的外周辅助T细胞（Tph）和滤泡辅助T细胞（Tfh）。以GZMK+、GZMB+、GNLY+为marker，定义不同的CD8+ T细胞亚群。将炎症介质定位到它们的源头，例如，表达IL6的THY1+HLA-DRAhi成纤维细胞、产生IL1B的促炎单核细胞等，这些细胞群体可能是RA发病机制的关键媒介。
“在《工作细胞》的世界里，我们平时生活中不小心受的小伤，对细胞们来说却是巨大的威胁。对于细胞们来说，杉树花粉落下时就跟电影《世界末日》一样” --铃木健一《工作细胞》