用户文章-10X单细胞转录组+脂质组学揭示骨骼肌中脂肪浸润的细胞和脂质动态 | 单细胞专题

Single‐cell RNA sequencing and lipidomics reveal cell and lipid dynamics of fat infiltration in skeletal muscle

刊登日期：2020年11月

发表杂志：Journal of Cachexia, Sarcopenia and Muscle

影响因子：9.802

研究机构：浙江大学动科院

技术手段：10X Genomics单细胞转录组测序、脂质代谢组学、转录组测序

摘要

在骨骼肌中，肌内脂肪浸润是衰老以及肌营养不良症等几种肌病的共同特征，并与肌肉功能障碍和胰岛素抵抗等密切相关。而在畜禽肉类生产中，肌内脂肪沉积直接影响着肉的品质（如大理石纹、嫩度和多汁性等）。但是，肌内脂肪沉积过程中的细胞起源、调控机制以及对肌肉脂质代谢重塑的影响仍然不清楚。因此，解析肌内脂肪沉积的细胞来源、调节机制及其对骨骼肌脂质代谢重塑的影响，一方面为人类骨骼肌脂肪浸润相关性疾病的预防和治疗提供一定的借鉴，另一方面为通过调控畜禽肉类生产中肌内脂肪沉积进而改善肉的品质提供一定的指导。

本研究通过甘油（GLY）注射生成了高IMAT浸润的骨骼肌模型。在注射后（DPI）5天对GLY损伤的骨骼肌通过单细胞转录组测序鉴定不同细胞来源和动力学特征。对14 DPI（冷处理则为17 DPI）的IMAT浸润骨骼肌进行脂质组学和转录组测序，以分析脂质组成和基因表达水平的变化。

研究发现，在GLY损伤的骨骼肌中发现了9个不同细胞亚群，包括髓样来源细胞（52.13％），成纤维细胞/纤维细胞/脂肪形成祖细胞（FAPs）（23.24％）和骨骼肌干细胞（2.02％）。拟时序轨迹分析显示成纤维细胞/FAPs中有6个亚群，而骨髓来源的细胞中有10个亚群。表达成脂细胞富集基因的髓系细胞亚群和Pdgfra/Cd68+细胞在成脂诱导后表明其成脂潜力。

脂质组学分析显示，整体脂质类别组成和脂质分布变化了显著差异的变化。转录组测序在GLY损伤骨骼肌模型中揭示了1847个上调基因和321个下调基因，并且与脂质代谢相关的途径（如甘油脂途径和甘油磷脂途径）发生了显著变化。

值得注意的是，短期寒冷环境暴露下通过直接影响脂质代谢途径（如PI3K–AKT和MAPK信号传导途径）改变了脂肪浸润肌肉中的脂肪酸组成。

结果表明，髓样来源的细胞亚群可能有助于IMAT浸润。GLY诱导的IMAT浸润改变了脂质组成和基因表达谱。短期冷暴露可能会调节脂肪浸润肌肉中的脂质代谢及其相关的信号通路。本研究全面描述了骨骼肌脂肪浸润的分子标志物。

图1 10X单细胞测序鉴定GLY损伤的骨骼肌中不同细胞亚群

图2 细胞亚群聚类和拟时序轨迹分析鉴定成纤维细胞/ FAPs

图3 细胞亚群聚类和拟时序轨迹分析鉴定骨髓来源细胞

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