MERFISH 池化遗传筛选在完整肝组织中揭示细胞非自主表型
作者报道一种基于无扩增 MERFISH 的成像池化遗传筛选方法,直接杂交下把扰动条码回收提高约 10 倍、内源转录本检测提高 2.5 倍。该方法用于靶向约 200 个肝细胞基因的遗传嵌合小鼠肝脏,在完整组织中分析 1.5 百万细胞,同时记录到 V-ATPase 功能受损肝细胞附近 pDC 样细胞局部聚集,以及 Vhl 扰动肝细胞邻近血管细胞的缺氧激活血管生成反应。
作者报道一种基于无扩增 MERFISH 的成像池化遗传筛选方法,直接杂交下把扰动条码回收提高约 10 倍、内源转录本检测提高 2.5 倍。该方法用于靶向约 200 个肝细胞基因的遗传嵌合小鼠肝脏,在完整组织中分析 1.5 百万细胞,同时记录到 V-ATPase 功能受损肝细胞附近 pDC 样细胞局部聚集,以及 Vhl 扰动肝细胞邻近血管细胞的缺氧激活血管生成反应。
一项基于Xenium的空间多组学研究对约180万细胞、21个靶点的RNA与蛋白进行配对比较,发现两者在多数谱系标志物上一致,但在PD-1、PD-L1、LAG-3等分子及空间组织层面显著不一致。样本来自肺腺癌和转移性去势抵抗性前列腺癌;作者指出空间RNA不能直接替代蛋白测量,建议在关键分子上做正交蛋白验证。
小鼠与人前额叶皮层单细胞共表达网络分析显示,共表达模块在两物种间高度保守,但单基因共表达伙伴的跨物种相似度有限(中位数0.169)。研究在246,211个单核RNA测序谱中比较了13,214个基因,神经精神疾病基因保守性略高于其他基因,但与匹配对照基因无显著差异,未发现任何疾病基因在两物种间具有不同的共表达伙伴。
卡罗林斯卡学院博士生黄玲珑在博士论文中开发了一种无需精确界定细胞边界的新型组织成像方法,可跨细胞类型与组织背景分析空间分布模式。利用该方法发现结直肠肿瘤中血管周围细胞呈分层排列、巨噬细胞从血管向周围组织扩散,部分空间模式与较差预后或较短生存期相关;对21种癌症7900余张肿瘤图像的分析还显示,细胞排列密度与机械力相关通路及一类记忆T细胞活性相关。
北京医院国家老年医学中心许静涌团队在Cell发表研究,揭示胰腺癌促恶病质微环境从恶病质前期到难治性恶病质三阶段的空间演化规律及其对骨骼肌消耗的驱动作用。该研究联合中国医学科学院肿瘤医院和美国俄克拉荷马大学完成,超过80%的胰腺癌患者会发生恶病质。
推荐理由:文章按恶病质前期、恶病质和难治性恶病质三阶段给出胰腺癌微环境的空间图谱,为恶病质分期研究和单细胞空间组学方向的同类工作提供对照。
研究对4对配对原发-转移平滑肌肉瘤样本行单核RNA测序与空间转录组分析,发现转移灶中抗原呈递癌相关成纤维细胞(apCAFs)于肿瘤-器官界面呈带状富集(p = 0.001),原发灶中则稀少散在。恶性程序具器官特异性,肺转移富集应激/缺氧、肝转移富集增殖/基质重塑程序。空间分析进一步划分出GPNMB等三种组织分子表型,其中GPNMB亚型或可受益于GPNMB靶向治疗。
研究者对122例初治高级别浆液性卵巢癌样本应用Xenium空间转录组学(定制480基因panel),识别出61个肿瘤内在基因与总生存期存在名义显著关联,Elastic-Net建模筛出5个较长生存和9个较短生存相关基因;其中46个关联在全组织汇总后失去显著性。微环境分析显示多个免疫细胞群与较长生存相关,两类成纤维细胞群与较短生存相关。
研究团队将24种癌症共1279个样本的单细胞转录组与1218种化合物的药物响应谱整合分析,定义并解码了"药效学肿瘤内异质性"(PharmITH),识别出425个与治疗响应异质性相关的关键枢纽基因。
PWK 遗传背景加速 NeuT 小鼠乳腺肿瘤发生,并重塑其转录与染色质景观。相比 BALB NeuT,PWK 肿瘤免疫相关基因表达下降、上皮分化与神经元样程序上升,H3K9me3 与 H4K20me3 标记在表达基因区耗尽、重新集中于基因间和重复序列区。单细胞多组学显示两品系恶性上皮状态存在品系偏向并呈现不同的转化轨迹,提示遗传背景通过异染色质重塑影响肿瘤发生。
科学家在《自然》同期发表的3篇论文中,绘制了已知最大规模的人体前额叶皮层基因表达图谱。该研究汇总了1494名捐赠者大脑的逾630万例基因表达谱,为研究该脑区在不同生命阶段的发育、衰老、认知衰退和疾病易感性提供参考。
推荐理由:该图谱汇总1494名捐赠者逾630万例前额叶皮层表达谱,可作为研究脑发育、衰老与疾病易感性的参考基线。
UCSF Eric Chow 在 iBiology Techniques 讲座中系统讲解单细胞测序(scRNA-seq)原理与平台分类,包括 plate-based(如 Smart-seq)、microfluidic droplet(如 10x)与 combinatorial indexing 三类方法,以及从组织裂解到 barcode 标记、反转录、扩增和测序的完整流程。
北京大学讲者郭在 ImmuneZoom 50 分钟专家讲座中系统回顾了单细胞多组学测序技术的演进路径。从单细胞/单分子基因组测序到 3D 基因组结构解析,单细胞方法可避免 bulk 平均化、忠实反映体内细胞类型,并在动物模型中规避细胞培养偏差。该方法在靶细胞类型识别及发育与疾病机制研究中具有关键作用。
Hans Clevers 在 CSHL Leading Strand 讲座中回顾 Lgr5+ 肠道干细胞自组织形成类器官的范式,并介绍与 dendritic cell、T/B 细胞共培养研究上皮–免疫互作(如杯状细胞标记 mucin 2)、用 scRNA-seq 对比类器官与原代组织细胞组成等扩展方向;类器官正走向疾病建模、药物筛选和移植等临床应用。
推荐理由:Clevers 是 Lgr5+ 类器官范式的提出者,这场讲座梳理了从基础自组织到免疫互作与 scRNA-seq 验证的完整路径,可与同领域方法综述对照。
上海科技大学 Li Zhao 讲 EBV 潜伏感染与 B 细胞免疫,用体外感染 B 细胞模型在单细胞水平解析 EBV 基因表达及 latency 0–2 差异。讲座指出 latency 2 仅表达 EBNA1/EBNA2,可作为 EB 相关肿瘤的检测标记;并以 SARS-CoV-2 spike 为模型,发现 spike 反应性 naive B 细胞参与应答,体细胞超突变随时间累积。
Nature发表的研究显示,预先经历2型炎症(巴西日圆线虫感染)的小鼠在4-6周后接受致死性H1N1流感攻击时全部存活,对照组在第5-6天全部死亡。保护与病毒载量或T细胞应答无关,由神经-气道相关巨噬细胞(NAM)介导的疾病耐受驱动;NAM-DTR小鼠和过继转移实验证明NAM是必要且充分的,IL-4-STAT6-PPARγ与ARG1染色质程序是其表观遗传印记。
推荐理由:NAM-DTR小鼠和过继转移实验直接证明NAM巨噬细胞是致死性流感耐受的必要充分条件,机制定位在IL-4-STAT6-PPARγ和ARG1染色质程序。
ImmuneZoom 邀请 Michael Gerner 讲解用组织测量学及 C3D、cytomap 等空间工具把组织切片转为可量化的细胞邻域与生态位特征。讲者提出抗原沿淋巴链形成梯度,上下游淋巴结收到的抗原组成不同,进而塑造 T 细胞与 B 细胞应答的区位与强度。该框架为解释不同接种部位及引流路径为何改变免疫质量提供了机制基础。
推荐理由:讲者展示了用组织测量学和 C3D 等空间工具量化免疫生态位的方法框架,并对淋巴链上抗原梯度如何塑造 T/B 细胞应答给出可检验的机制解释。
ImmuneZoom 在 30 分钟专家解读中介绍 Yikai 一项覆盖 5 个物种、约 15 万细胞核的视神经单核转录组图谱研究。研究采用 AI 辅助细胞类型注释,实现 99%、95%、90% 的分层准确率,并在青光眼语境中识别 AS1 与 OPC3 等亚群变化。讲者强调高置信注释仍需人工复核。
推荐理由:跨物种视神经单核图谱搭配分层 AI 注释准确率与人工复核边界,为同类神经组学流程提供具体参照。
Charlotte Bunne 在 CSHL Leading Strand 讲解生物基础模型与虚拟细胞愿景,主张先用模态专属编码器分别处理转录组、蛋白和图像再在统一空间融合,避免硬塞进单一 transformer。
David Tuveson 在 CSHL Leading Strand 讲座中介绍胰腺癌致癌突变驱动表观与微环境改变的框架,并阐述 RAS 经法尼基化定位质膜启动有丝分裂的代谢依赖。
推荐理由:讲座把非典型 WNT7 驱动肌成纤维细胞产基质这条通路和类器官、单细胞分类成纤维细胞的方法连在一起讲,读者可以拿来和自己领域的微环境靶点思路对照。
本研究用空间多组学整合分析骨关节炎滑膜,定位到由 SPP1+ 巨噬细胞经 SPP1-CD44 轴构建的抗凋亡龛,并通过小鼠 OA 模型验证靶向 SPP1 或中和 CCL3 可恢复巨噬细胞凋亡、减轻滑膜炎与软骨退变。研究还建立了髓系特异性 SPP1 in silico knockout 模型用于后续候选化合物筛选。
推荐理由:研究把空间转录组与单细胞测序结合,定位到 SPP1-CD44 这条抗凋亡轴,并在小鼠模型中做了体内验证,为骨关节炎靶点筛选提供了空间层面的依据。
单细胞CRISPR筛选等功能基因组学技术虽能在特定细胞语境下实现转录组级别读出,但成本高昂使其难以跨多种语境拓展;现有深度学习模型在跨语境泛化扰动效应时效果也常难以超越简单线性模型。Cell发表的方法State尝试利用已有数据预测细胞对扰动的跨语境响应,以降低对大规模扰动实验的依赖。
推荐理由:文章指出单细胞扰动实验成本高且现有深度学习模型跨语境泛化能力有限,State方法尝试用计算替代部分实验以降低功能基因组学研究门槛。
LangPatch是基于基础模型的对比学习框架,通过语言接口将Patch-seq配对数据中GenePT转录组表征与电生理表型对齐,在小鼠视觉、运动皮层及人皮层队列中达到最高平均预测相关性。在两个小鼠队列中其FOSCTTM为0.107/0.135,优于JAMIE的0.208/0.222。该框架可跨脑区与物种迁移——小鼠运动皮层保留约70%相关性,人皮层保留47%(急性脑片记录58%)。
CellMSA 是一个单细胞表征学习框架,借鉴多序列比对(MSA)思路,为每个目标细胞从不同批次与生物学相关细胞类型中检索相关细胞作为上下文,归纳跨细胞模式生成上下文依赖的基因对表示。该方法在约 1.09 亿个细胞观测(含 6560 万个原始观测)的大规模人单细胞语料上预训练,在多个基准上一致优于现有方法。
该研究对癌症患者恶性腹水样本进行多组学分析,鉴定出富集于恶性腹水、表达RORC和PIGR的树突状细胞(RORC DCs),其转录谱与小鼠RORγt+ DCs/Thetis细胞相似。体外实验显示RORC DCs表型稳定,可刺激T细胞增殖但抑制IFNG表达;多重免疫荧光证实其在原发灶及区域淋巴结转移灶中富集,提示该群细胞与晚期恶性肿瘤的肿瘤微环境免疫耐受相关。
单细胞与空间组学分析在胰腺癌恶病质中识别出一个由三种细胞构成的生态位,提示体重明显下降之前肿瘤微环境已出现细胞学改变。该研究将恶病质的关注点前移至体重变化出现之前,回应了"晚期注定结局"之外更早阶段的生物学事件。
北卡罗来纳大学教堂山分校医学院在 Cellular and Molecular Gastroenterology and Hepatology 上报告,花生过敏易感小鼠与儿科患者的小肠潘氏细胞在接触过敏原前即缺失溶菌酶 Lyz1,CC027 小鼠因染色体 10 源自野生 CAST/EiJ 株而不携带该基因。
拓扑异构酶介导的负DNA超螺旋解析是人类细胞中有效转录所必需的,急性拓扑异构酶扰动会导致转录起始位点周围负超螺旋积累并抑制转录。
Nature 发表的研究发现,肿瘤相关破骨细胞(OC)截断脑膜淋巴通路,导致硬脑膜转移模型中脑膜淋巴引流功能障碍。scRNA-seq 显示大型 OC 定位于颅骨-肿瘤界面、小型 OC 浸润瘤内,OC 来源的 angiopoietin-2 介导淋巴引流失调;靶向 OC 可恢复淋巴结构与功能并增强抗肿瘤免疫。
研究对 1,108 名芬兰人的约 1000 万个外周血单个核细胞同时进行 snATAC-seq 和 snRNA-seq,识别 51,083 个顺式 eQTL、338,100 个顺式染色质可及性 QTL、11.9 万余个推定致病变异及 59.3 万余条 peak-gene 链接。
推荐理由:为非编码变异到疾病机制的因果链提供了千人多组学参考图谱,并用 MPRA 实验验证万余条精细定位结果。
对46例新诊断急性髓系白血病(AML)患者骨髓样本的高维免疫分析显示,CD8 T细胞偏向终末分化效应记忆细胞(TEMRA),而经典耗竭群罕见;克隆扩增集中于TEMRA群,扩增克隆出现NK受体相关基因富集,由此构建的LaNKi评分在独立AML数据集中高于泛癌肿瘤浸润淋巴细胞。
Cell发表的研究在胰腺癌组织中识别出一种三细胞空间特征,对预测患者术后是否发生恶病质具有潜力。恶病质是胰腺癌常见并发症,超过80%的患者可能出现持续体重下降、肌肉减少和食欲下降,即使加强营养也难以完全逆转。
研究人员整合22例肌层浸润性膀胱癌的空间转录组、bulk RNA与全外显子测序数据,构建MIBC空间图谱,揭示肿瘤内沿luminal-to-basal轴的连续空间组织。Luminal核心富集FGFR3与NECTIN4,basal样状态定位于侵袭边缘,伴随EGFR信号、EMT、免疫浸润及更高化疗敏感性。超过3000例肿瘤的泛队列分析验证了FGFR3–EGFR谱系互斥,为MIBC空间分层治疗奠定基础。
研究发现,免疫抑制患者的非黑色素瘤皮肤肿瘤中,先天性与适应性免疫的空间组织发生改变。全身性免疫抑制可重塑肿瘤微环境中的空间互作及巨噬细胞状态。该结果提示,局部先天免疫功能失调或可成为免疫抑制背景下非黑色素瘤皮肤癌的潜在治疗脆弱性。
Chen等利用结直肠癌肝转移微环境的单细胞RNA测序发现,葡萄糖匮乏的转移微环境通过上调BHLHE40,诱导产生衰老型肿瘤相关中性粒细胞亚群TAN1。TAN1促进血管生成并排斥CD8+ T细胞浸润,从而支持肿瘤生长与存活。
研究利用单细胞 RNA 测序与空间增强分辨率组学,系统刻画结直肠癌肝转移(CRLM)中肿瘤相关中性粒细胞(TAN)的转录组图谱,识别出一群以糖酵解与衰老样表型为特征的终末分化促肿瘤亚群 TAN1,其在肝转移中显著富集并与不良预后相关。
推荐理由:原文结合单细胞测序与空间组学刻画了结直肠癌肝转移的中性粒细胞图谱,识别出 BHLHE40+ 衰老样亚群可作为中性粒细胞靶向治疗的候选方向。
这项研究利用供体器官和空间组学技术绘制了胰腺癌前病变 PanIN 向胰腺癌演化的图谱,发现上皮成分在 PanIN 与癌之间呈连续谱系,而间质微环境则截然不同。进展为癌伴随髓系细胞和淋巴细胞的空间重排,并出现一类高表达 α-SMA、LRRC15 和 LEF1 的癌特异性成纤维细胞亚群;间质未被重编程可能解释了多数 PanIN 并不恶变的现象。
袁国华等在 Nature 发表研究,绘制新生小鼠前脑的时空谱系图谱,追溯不同分子特征、空间位置和功能的脑细胞类型如何从有限祖细胞中产生并逐步构建复杂脑区结构。该研究结合谱系追踪这一关键维度,探索神经发育中细胞类型多样化的谱系联系,为理解哺乳动物大脑发育提供新线索。
研究人员通过慢病毒条形码与空间转录组学,在新生小鼠前脑皮层、海马体、纹状体、丘脑和嗅球建立细胞克隆谱系图谱。谷氨酸能神经元与星形胶质细胞克隆相关且停留于原脑区,GABA能神经元与少突胶质细胞前体细胞克隆相关却广泛分散于全脑;区域分散广泛的GABA能克隆富集神经发育障碍相关基因,为前脑发育及疾病研究提供基础参考。
研究者整合人胰岛表观基因组、GWAS及PANC-DB数据,应用ChromBPNet与转录因子足迹分析,鉴定出多个1型糖尿病相关SNP可改变β细胞等细胞类型特异性增强子处的染色质可及性与转录因子结合。这些发现将遗传风险与细胞内在调控程序关联,为机制研究提供候选靶点。
本研究整合空间转录组、单细胞 RNA 测序与体外凋亡模型,在骨关节炎滑膜中鉴定出一个 TGF‑β 富集、SPP1+ 巨噬细胞邻近衰老成纤维细胞的抗凋亡生态位,并通过 SPP1‑CD44 轴直接抑制炎症巨噬细胞凋亡、以 CCL3 招募髓系细胞。
推荐理由:用空间多组学在骨关节炎滑膜中定位了 SPP1+ 巨噬细胞抗凋亡生态位,为该病的抗炎治疗提供了可迁移的靶点思路。