Nature+Cell教你利用单细胞核测序构建最全细胞图谱 | 单细胞专题

PS: 对单细胞核测序感兴趣的老师，可以给我们[e-mail]留言哦~

当下做火热的单细胞测序技术，已经成为Cell、Nature、Science等期刊中常客。但是单细胞测序目前仍然存在诸多的瓶颈与缺陷，即

• 仅适用于新鲜的样本。无论是临床还是动物组织，解离成单细胞悬液之前，需要提供新鲜的组织样本。这些样本在获取后尽可能要在36h内进行解离。

•  解离过程和解离方法会导致部分细胞丢失。部分样本解离方法不同最后获取的细胞种类不同，而且诸如肾脏等样本，存放在组织保存液中，会导致大量上皮细胞和内皮细胞死亡，同时部分稀有细胞难以得到很好的鉴定。肝脏样本不同的酶不同的解离时间，使用的滤膜直径，都会严重影响后期的细胞比例。如肝实质细胞直径约为30-40μm，不能使用20μm的滤膜。肝脏免疫微环境研究和间质细胞内皮细胞研究，所对应的解离方案也是不尽相同。

• 部分基因在解离过程中被诱导表达。部分酶解离过程中，烈性程度较大，会刺激部分基因人为上调表达。如Pah, Slc9a3, Thrsp, Scd, Sgms2, Tdrd5, Fzd6等基因在正常生理条件下都低表达，但是一旦加入解离酶的条件刺激后，均会出现表达上升情况。

•  部分直径过大细胞无法捕获。诸如脑组织、心脏组织乃至骨头等组织中，存在直径过大的一些细胞。如部分神经元细胞、心肌细胞、破骨细胞等，直径远远大于40μm，部分细胞直径甚至超过100μm。

• 特殊样本解离困难。诸如胰腺、脂肪组织等新鲜样本，以及冻存时间超过几周的临床样本（由于病理检测报告需要3-7天），都无法使用当前常规的单细胞组织解离方案，导致后续研究无法顺利开展。

……

这些缺点导致了单细胞测序的应用场景并不能很好去适应当前的研究。这个时候单细胞核测序应运而生，在单细胞核测序的帮助下，研究人员的样本类型将比先前单细胞测序的范围要丰富得多！

基于10X Genomics的3’转录组、5’ VDJ、ATAC以及最新的Chromium Single Cell Multiome ATAC + Gene Expression技术，都适用于抽核的方案。

但是单细胞核测序是否也有一定的缺陷呢？答案是一定的。例如无法获取细胞质中游离的mRNA，抽核无法获得更全的组织细胞图谱。尤其是后者，是许多老师所担心的。

今天小编为大家带来两篇2020年最新发表在Nature和Cell上细胞图谱的单细胞测序文章，来看下这两篇文章中究竟采用了何种策略能够获取组织中最全的细胞类型。

案例1：卡路里限制摄入重编程影响大鼠衰老单细胞图谱

衰老会导致全身组织功能衰退，这可能会因热量限制（CR）而延迟。然而，衰老的细胞特征和特征以及CR改善的细胞特征仍然不清楚。

来自中科院动物所的研究人员建立了迄今为止最为全面的单细胞转录组测序和单细胞核转录组测序图谱，在经历衰老和CR的大鼠组织中，CR减弱了与衰老相关的细胞类型组成、基因表达和核心转录调控网络的变化。衰老过程中免疫细胞增多，CR有利于逆转衰老干扰的免疫系统。

根据算法和模型估算，CR逆转了衰老过程中观察到的异常细胞-细胞通讯模式，包括促炎性配体-受体的过度相互作用。

这项工作提供了哺乳动物中与衰老和CR相关的多组织单细胞转录景观，提高了对CR作为一种老年保护干预的稳健性的理解，并揭示了代谢干预如何作用于免疫系统来改变衰老过程。

这篇文章需要注意的是，在56头小鼠的7种组织中，共捕获到超过23万个细胞，每个组织捕获细胞数量最低有16,293个细胞，平均每个组织超过23,000个细胞。

其中我们看到，有5万多个细胞是通过细胞核抽取后被捕获到的。这种聪明的做法使得作者能够对组织中多种细胞一网打尽，不放过任何一个死角。

案例2：迄今为止最大规模人类成体心脏细胞图谱全解析

利用单细胞转录组学测序、单细胞核转录组测序和smFISH技术，通过阐明心肌细胞在其微环境中的协调通信，使得心脏细胞解剖特征、分子细胞标记物、细胞间网络和空间关系的识别成为可能。

为了对人成体心脏细胞组成以及转录图谱进行解析，作者们对十四个成年人中对单细胞、细胞核以及从左/右心室游离壁、左/右心房、左心室心尖、室间隔中取出的CD45+富集的细胞。利用10X单细胞平台捕获了总计45870个细胞，78023 个CD45+细胞和363213个细胞核，鉴定了包括心房心肌细胞、心室心肌细胞、成纤维细胞、内皮细胞、周皮细胞、平滑肌细胞、免疫细胞包括骨髓细胞、淋巴细胞、脂肪细胞、间皮细胞和神经元细胞。

通过使用最现今的大规模单细胞以及单细胞核转录组分析技术对人成体心脏的六个不同区域的特征进行了定义。作者们强调了心肌细胞、周皮细胞以及成纤维细胞的异质性，揭开了不同发育阶段来源和心房和心室中细胞组成的特点。

总结

总之，利用单细胞核转录组测序+单细胞测序，尽可能获取组织中最全的细胞类型，将逐渐成为趋势。

等等别急，接下来还有彩蛋时间！

联川生物目前已成功对心脏、脑组织、肺组织等多种组织类型的样本展开了单细胞核测序，具有不错的结果。下面是部分数据展示，也欢迎各位老师前来咨询。

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