单细胞转录组测序在动物研究中的应用及进展 |单细胞专题

单细胞测序作为近年来最火的技术手段，发表的文章越来越多，小编在NCBI中以(single-cell RNA sequencing) OR (scRNA-seq) OR (snRNA-seq)) OR (Single-nuclei RNA sequencing)为关键词搜索了2010-2020年期间发表的单细胞（核）转录组的文章（Journal Article），共搜索到4170篇，具体分布如下：

在发表的文章中，物种主要以临床及相关物种（人、小鼠、大鼠）和其他模式物种（例如果蝇、斑马鱼）为主，其他动物，例如牛、猪、鸡等的研究相对较少，这预示着动物开展单细胞研究还有巨大发展空间。本文为您整理了目前发表的一些动物单细胞转录组研究文章，期待能为您的研究提供您参考。

猪

文章1：Association Analysis of Single-Cell RNA Sequencing and Proteomics Reveals a Vital Role of Ca2+ Signaling in the Determination of Skeletal Muscle Development Potential

期刊：Cells

影响因子：4.366

发表时间：2020.4.22

材料与方法：肥胖型和瘦型猪肌肉衍生细胞，10×Genomics单细胞转录组测序、蛋白质组学

利用单细胞转录组测序技术发现，作为高瘦肉产量基因选择的结果，瘦肉型猪显著的骨骼肌特征主要建立在增强的肌生成上，而不是抑制脂肪生成上；细胞轨迹证明，肌祖细胞分化为卫星干细胞，随后分化为卫星细胞和成肌细胞，成肌细胞进一步分化为肌细胞；与肥胖型猪相比，瘦型猪的肌系细胞更接近于肌源祖细胞的原始阶段。

蛋白质组学分析发现，两种来源的肌系细胞之间的差异化表达蛋白主要参与肌肉发育、细胞增殖和分化、离子稳态、凋亡和MAPK信号通路；细胞内离子稳态的调节，特别是Ca²⁺，在两种来源的肌谱系细胞之间显著变化；与肥胖型猪相比，瘦型猪肌系细胞的细胞质和内质网Ca²⁺浓度较低。

结论：肌系细胞的较高比例和较强分化能力是瘦型猪成肌分化能力较高和肌内脂肪沉积较低的主要原因。瘦型猪肌系细胞内相对低浓度Ca2+有利于肌细胞系细胞保持强大的分化潜力

文章2：AntimiR-21 Prevents Myocardial Dysfunction in a Pig Model of Ischemia/Reperfusion Injury

期刊：Journal of the American College of Cardiology

影响因子：20.489

发表时间：2020.2

材料与方法：猪心脏、转录组测序、单细胞测序（小鼠数据）、反卷积分析

miR-21是心脏纤维化的中央调节因子，在小动物模型中抑制miR-21已被证明是在包括心脏在内的各种器官中可以有效的抗纤维化。然而治疗性反义小RNA(antimir)有效递送到较大生物体的心肌仍具有挑战性的，并且也仍有待建立慢性心力衰竭模型。本研究的目的是在猪心衰模型中测试局部导管给药antimiR-21的适用性和治疗效果，并确定其对心脏转录组特征和细胞组成的影响。研究发现antimiR-21有效抑制了心肌重构相关的miR-21的表达升高，在缺血/再灌注损伤后33天，antimiR-21治疗后的心脏显示心肌纤维化和肥厚减少，心功能改善。转录组显示，在antimiR-21治疗的心肌中，miR-21靶基因显著脱抑制，炎症反应和有MAPK信号通路受到抑制。建立在转录组测序和scRNA-seq数据基础上的反卷积分析确定了巨噬细胞和成纤维细胞数量的减少是antimiR-21治疗影响的关键细胞类型。

文章3：Single-Cell RNA Sequencing Identifies Candidate Renal Resident Macrophage Gene Expression Signatures across Species

期刊：Journal of the American Society of Nephrology

影响因子：9.274

发表时间：2019.5

材料与方法：小鼠、大鼠、猪和人类肾脏组织中所有CD45⁺细胞（T细胞和B细胞阴性）、单细胞测序

尽管大量研究讨论了小鼠肾脏巨噬细胞在稳态和疾病环境中的重要性，但因为缺乏跨物种识别相似细胞群的marker，这些研究的发现与包括人类在内的高阶物种的相关性还未知，这妨碍了从动物模型系统中获得的数据转化到人类患者。在本项研究中，作者使用了单细胞转录组测序方法，对小鼠、大鼠、猪和人类肾脏组织中所有CD45⁺细胞（T细胞和B细胞阴性）进行了scRNAseq分析，作为确定新标记物的切入点，识别跨物种的巨噬细胞。利用单细胞测序鉴定了小鼠肾巨噬细胞中表达丰富的基因也在其他物种的候选巨噬细胞群体中表达。同时为这些候选的肾脏巨噬细胞定义了一套新的可能的细胞表面标记(Cd74和Cd81)。通过异种共生和流式细胞术证实，这些蛋白确实在小鼠巨噬细胞中富集。流式细胞术数据还表明，在大鼠和人肾脏组织中存在一定数量的共同表达CD74和CD81的天然免疫细胞，这表明在多个物种中存在肾内巨噬细胞。

文章4：Novel dynamics of human mucociliary differentiation revealed by single-cell RNA sequencing of nasal epithelial cultures

期刊：Development

影响因子：5.611

发表时间：2019.10

材料与方法：小鼠、猪和人气道上皮细胞、单细胞测序

上气道上皮主要由多毛细胞、杯状细胞、棒状细胞和基底细胞组成，保证了粘膜纤毛的正常功能，并能在受到攻击时再生。在慢性气道疾病中，修复缺陷会导致组织重塑。描述分化动力学的关键驱动因素可以帮助理解正常或病理性再生的发生。利用单细胞转录组学和谱系推断阐明了从基细胞到管腔细胞的轨迹，为特定群体提供了新的标记:(1)由DEUP1、FOXN4、YPEL1、HES6和CDC20B等特定标记定义的多毛细胞的前体亚群，称之为deuterosomal cells;(2)杯状细胞可以作为多毛细胞的前体，因此可以解释存在共同表达杯状细胞和多毛细胞marker的一类细胞;(3)鉴定出一组参与再生过程的分子，如角蛋白或Notch通路、Wnt或BMP/TGF。结果在猪气道样本和小鼠气管细胞的单细胞测序结果得到了确认，并证实了关于黏液纤毛上皮分化过程中分子和细胞编导作用的结论。

鸡

文章1：Insights into Gonadal Sex Differentiation Provided by Single-Cell Transcriptomics in the Chicken Embryo

期刊：Cell Reports

影响因子：8.109

发表时间：2020.4

材料与方法：鸡雄性和雌性全（性腺分化开始E4.5）、左侧性腺（分化期间E6.5和分化后E8.5和E10.5）、10X单细胞测序

尽管性腺性别分化的遗传诱因因物种而异，但性腺发育的细胞生物学长期以来被认为是保守的。本研究使用单细胞测序在胚胎鸡性腺在性别分化期间开展了研究。数据显示，与其他脊椎动物相比，鸡胚胎支持细胞不是来自体腔上皮。相反，它们来自于DMRT1+/PAX2+/ WNT4+/OSR1+间充质细胞群。发现性腺细胞类型比以前认为的更复杂，包括在发育睾丸中鉴定到两个不同的支持细胞亚群和胚胎类固醇样细胞来源的分化支持细胞系。这些结果表明，就像性别的基因触发在脊椎动物群体中不同一样，生殖腺的细胞谱系也可能有很大差异。

文章2：A single-cell transcriptomic atlas of the developing chicken limb

期刊：BMC Genomics

影响因子：3.594

发表时间：2019.5

材料与方法：三个发育时间点胚鸡脚（发育4.5天、6天和7天）、10X单细胞测序

由于易于实验，发育中的鸡肢一直被作为研究脊椎动物模式形成的范例，为了在细胞尺度上阐明细胞转录和模式形成之间的动态相互作用，研究人员对三个发育时间点胚鸡脚（发育4.5天、6天和7天）进行了scRNA测序技术，一共测序了17,628个细胞，鉴定了23个细胞类群。在发育中的肢体中，先前定义的区域内存在着不同的分子亚群，其中一些亚群在远端肢体末梢形成过程中具有重要的信号传递功能。最后发现推断的基因共同表达模块与不同的组织类型在整个发育时间一致，可以使用它们来跟踪手指形成模式相关的细胞群。

两栖动物

文章1：Single-cell analysis uncover sconvergence of cell identities during axolotl limb regeneration

期刊：Science

影响因子：41.058

发表时间：2018.10

材料与方法：美西钝口螈（上肢截肢后五个时间点芽基和正常组织、三个肢芽阶段结缔组织细胞和芽基细胞对照）、10X单细胞测序

截肢的蝾螈前肢导致芽基（一个短暂的组织，在肢体再生前祖细胞聚集）的形成，然而由于无法识别和分离成体组织中的芽基前体细胞，先前对芽基形成的分子理解受到了阻碍。研究人员结合使用了cre- loxp报告谱系跟踪技术和scRNA-seq，对成熟结缔组织(CT)细胞的异质性及其向肢体芽基状态的过渡进行了分子跟踪，发现CT细胞表达在诱导再生时丢失，体表型，之后的阶段能够重现胚胎类肢芽表型，再现胚胎肢体的瘤样表型。

文章2：Identification of a regeneration-organizing cell in the Xenopus tail

期刊：Science

影响因子：41.058

发表时间：2019.5

材料与方法：非洲爪蟾（具有再生能力和再生无能非洲爪蟾蝌蚪尾巴截肢后的不同发育阶段尾巴,以及同一发展阶段未受伤尾巴）、10X单细胞测序

与哺乳动物不同，非洲爪蟾蝌蚪有很高的再生潜力。为了表征这种再生反应，研究人员对爪蟾蝌蚪尾部截肢后进行了单细胞RNA测序。通过比较具有再生能力蝌蚪和再生无能蝌蚪间的差异，确定了一个以前未被认识的细胞类型，称为再生组织细胞(ROC)。在正常的尾巴发育过程中，ROCs存在于表皮，并特异性地重新定位到再生能力良好的蝌蚪的截肢平面，形成创伤的表皮。遗传消融或人工切除ROCs会阻碍尾部再生，而移植含有ROCs的移植物可以诱导早期胚胎异位生长。转录谱分析显示，ROCs分泌与再生通路相关的关键配体，向祖细胞发出信号以重建丢失的组织。这些发现揭示了ROCs形成创面表皮并确保成功再生的细胞机制。

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参考文献

1.   Qiu K, Xu D, Wang L, et al. Association Analysis of Single-Cell RNA Sequencing and Proteomics Reveals a Vital Role of Ca2+ Signaling in the Determination of Skeletal Muscle Development Potential. Cells. 2020;9(4):1045. Published 2020 Apr 22. doi:10.3390/cells9041045

2. Hinkel R, Ramanujam D, Kaczmarek V, et al. AntimiR-21 Prevents Myocardial Dysfunction in a Pig Model of Ischemia/Reperfusion Injury. J Am Coll Cardiol. 2020;75(15):1788-1800. doi:10.1016/j.jacc.2020.02.041

3.  Zimmerman KA, Bentley MR, Lever JM, et al. Single-Cell RNA Sequencing Identifies Candidate Renal Resident Macrophage Gene Expression Signatures across Species. J Am Soc Nephrol. 2019;30(5):767-781. doi:10.1681/ASN.2018090931

4. Ruiz García S, Deprez M, Lebrigand K, et al. Novel dynamics of human mucociliary differentiation revealed by single-cell RNA sequencing of nasal epithelial cultures. Development. 2019;146(20):dev177428. Published 2019 Oct 23. doi:10.1242/dev.177428

5. Estermann MA, Williams S, Hirst CE, et al. Insights into Gonadal Sex Differentiation Provided by Single-Cell Transcriptomics in the Chicken Embryo. Cell Rep. 2020;31(1):107491. doi:10.1016/j.celrep.2020.03.055

6. Feregrino C, Sacher F, Parnas O, Tschopp P. A single-cell transcriptomic atlas of the developing chicken limb. BMC Genomics. 2019;20(1):401. Published 2019 May 22. doi:10.1186/s12864-019-5802-2

7. Gerber T, Murawala P, Knapp D, et al. Single-cell analysis uncovers convergence of cell identities during axolotl limb regeneration. Science. 2018;362(6413):eaaq0681. doi:10.1126/science.aaq0681

8. Aztekin C, Hiscock TW, Marioni JC, Gurdon JB, Simons BD, Jullien J. Identification of a regeneration-organizing cell in the Xenopus tail. Science. 2019;364(6441):653-658. doi:10.1126/science.aav9996

作者简介

温佑群，西南区省区经理，主要负责西南区域（四川，重庆，云南，贵州，西藏）的管理和成都区域业务。成都区域现合作单位有华西医院，华西口腔医院，四川大学，四川省肿瘤医院，西南医科大学，四川农业大学，四川省农科院等。

她想说的：

作为一个高通量测序的销售人员，除了把更好的产品介绍给老师外，更加重要的是提升自身的专业能力和职业素养。销售人员除了出门拜访客户推荐产品，也需要查文献，读文献，出方案，做售后。这样才能更好更加快速地解决客户的问题。

学习方面：

一直以来的目标都是成为一个技术型销售。通过接手的项目，文献解读，相关工具书的阅读，每周参加3次以上的专业技能培训等不断地做专业能力的提升。

其他方面：

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