0实验不卷数据也不卷热点，小众选题+单细胞+空间转录组分析，公共数据也能狂揽1区8分!!- 大数跨境

0实验不卷数据也不卷热点，小众选题+单细胞+空间转录组分析，公共数据也能狂揽1区8分!!

生信日报

2024-10-24

生信文章投稿现在可是越来越卷了，单细胞纯生信还有出路？!那小记者不能让你们失望，今天就带你们好好学习一篇公共数据的单细胞纯生信文章，还是8分1区哦！！作者使用单细胞和空间转录组人类皮肤图谱绘制表皮和真皮衰老细胞图谱，确定了差异表达基因和基因集的新组合，辨别了细胞衰老对人体皮肤表皮和真皮功能的影响，阐明了早期和晚期衰老表型的基因表达变化。最后评估了衰老皮肤细胞的空间定位。

1.选题新颖：众所周知，肿瘤题材已经很难出圈，想要公共数据纯生信发文，必定得在选题上多下功夫。该文章以人类皮肤衰老细胞为主题，选题新颖小众就成功一半了。

2.单细胞结合空间转录组：现在空间转录组的公开数据越来越多，同学们一定要好好利用起来。特别是这类小众主题的相关样本，那可真是不容错过，再结合单细胞数据，经典组合屡试不爽。

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题目：绘制人类皮肤衰老过程中表皮和真皮细胞衰老图谱

杂志：Aging Cell

影响因子：IF=8.0

发表时间：2024年10月

公众号回复“999”领取原文PDF，文献编号：241024

研究背景

单细胞RNA测序和空间转录组学使我们能够以前所未有的视角深入了解与人类皮肤衰老和再生相关的细胞与分子通路。衰老细胞是一种不可逆地停滞于细胞周期的单个细胞，由于细胞内源性和外源性应激源的作用，其可在人类的整个生命周期中不断累积。

数据来源

数据集/队列	数据库	数据类型	详细信息
Ganier, et al.	Human Cell Atlas	scRNA-seq数据	15个取自面部受日晒皮肤和11个取自身体未受日晒区域的正常人全层皮肤样本
Boldo et al.		scRNA-seq数据
Tabib et al.		scRNA-seq数据
Ganier, et al.		空间转录组数据	13个面部受日晒皮肤样本和9个身体未受日晒皮肤样本

研究思路

作者获取了人类皮肤的单细胞和空间转录组数据，通过结合高CDKN1A表达和细胞周期停滞来识别衰老细胞。还开发了人类皮肤中细胞衰老标志物的新型基因集。作者使用这些衰老皮肤细胞的定义，辨别了细胞衰老对人体皮肤表皮和真皮功能的影响，重点是黑色素细胞和成纤维细胞。通过拟时序分析阐明了早期和晚期衰老表型背后的基因表达变化。最后，评估了衰老皮肤细胞的空间定位。

主要结果

1.CDKN1A（p21）与CDKN2A（p16）作为人类成年皮肤细胞衰老标志物

三个人类皮肤的scRNA-seq数据集中，一个为面部皮肤样本，受阳光照射多；另外两个为身体皮肤样本，受阳光照射少。细胞周期抑制剂CDKN1A和CDKN2A为细胞衰老标志物。衰老细胞不增殖。面部皮肤受阳光照射更多时，CDKN1A+和CDKN2A+不增殖细胞均增加。在成纤维细胞、周细胞、巨噬细胞和树突状细胞中，CDKN1A+不增殖细胞显著增加（图1a）；在成纤维细胞、黑素细胞以及B细胞/浆细胞中，CDKN2A+不增殖细胞明显增加（图1c）。CDKN1A+不增殖细胞比CDKN2A+不增殖细胞占皮肤细胞类型比例要多得多（图1d）。使皮肤衰老的衰老细胞是黑素细胞和成纤维细胞。面部成纤维细胞中CDKN1A和CDKN2A随阳光照射增加均显著升高（图1e）。在受阳光照射的皮肤中，随着自然衰老，70-89岁年龄段黑素细胞中CDKN1A有所下降，在成纤维细胞中，CDKN1A先下降后上升（图1f）。

图1 CDKN1A（p21）与 CDKN2A（p16）作为细胞衰老标志物

2.一种新型皮肤衰老标志物组合，SenSkin™

SenSkin™是一个与皮肤细胞衰老相关的新基因组合。将SenSkin™的基因表达在CDKN1A+和CDKN2A+非增殖细胞与所有其他细胞之间进行比较（图2a、b）。SenSkin™表达谱中有84%的基因与CDKN1A+非增殖细胞一致，只有27%的基因与CDKN2A+非增殖细胞一致，表明其与CDKN1A+非增殖细胞的一致性更高。将SenSkin™中的基因表达作为一个综合评分进行评估。成纤维细胞、血管内皮细胞和周细胞显示出最高的SenSkin™综合评分（图2c）。在三个年龄组的面部皮肤中，在90岁以上年龄组的角质形成细胞、成纤维细胞、周细胞和血管内皮细胞中该评分有所升高（图2d）。因此，SenSkin™基因集可作为研究人类皮肤特异性细胞衰老的有价值的工具。

图2 一种新型皮肤衰老标志物组合，SenSkin™

3.衰老的黑素细胞与表皮衰老特征相关

衰老的黑素细胞驱动表皮衰老。该数据集中并未发现在光老化或日晒皮肤的时序性老化背景下SenSkin™综合评分发生变化（图3a、b）。非增殖性CDKN1A+黑素细胞中的SenSkin™综合评分显著更高，表明SenSkin™与黑素细胞的一个亚群相关，而不与衰老导致的整体变化相关（图3c）。对与黑色素生物合成相关的基因表达进行了比较。来自面部和身体皮肤的黑素细胞群分别聚类；在黑色素合成受到刺激的面部皮肤黑素细胞上进行了分析。CDKN1A+非增殖性黑素细胞中，Reactome的黑色素生物合成基因集中的所有基因均上调（图3d）。

对来自受日晒皮肤的所有非增殖性黑素细胞进行了拟时序分析。在对受日晒黑素细胞聚类后，低CDKN1A表达和低SenSkin™综合评分用于推断拟时序的起始点或根节点（图3e）。轨迹推断揭示了三个聚类之间的线性关系，从早期（E）到晚期1（L1）再到晚期2（L2）（图3f）。这些聚类的差异分析结果显示，免疫和黑色素合成相关基因存在显著差异（图3g，h）。HLA基因在L1中上调，表明早期衰老细胞在L2表达被抑制之前试图吸引免疫细胞来清除自身。黑色素合成基因主要在E上调，表明在衰老后期黑色素合成减少。

图3 在人类成年皮肤中，表皮衰老由CDKN1A+非增殖性黑素细胞驱动

4.衰老的成纤维细胞与网状真皮衰老特征相关

人类真皮成纤维细胞根据空间定位分为四个亚群（图4a）。在CDKN1A+非增殖组中，所有成纤维细胞亚群都有更高的SenSkin™综合评分（图4b）。CDKN1A+非增殖性网状真皮（F2 SFRP2+）成纤维细胞中，所有主要的胶原蛋白基因均下调（图4c），Reactome的弹性纤维形成基因集中的大多数基因均下调（图4d）。在本数据集中的其他成纤维细胞亚群中未观察到这些趋势。

对来自受日晒皮肤的网状真皮成纤维细胞进行拟时序分析。在对面部皮肤的网状真皮成纤维细胞聚类后，将具有最低CDKN1A和CDKN2A表达以及SenSkin™综合评分的网状真皮成纤维细胞聚类指定为拟时序分析的起始点（图4e）。在两个相连的聚类中，由于一个聚类的CDKN1A比另一个低，它们分别被标记为早期（E）和晚期（L）（图4f）。对E和L聚类的差异表达分析显示，促炎基因和热休克蛋白基因存在显著差异（图4g、h）。L聚类中的促炎基因表达上调，表明衰老相关分泌表型的发展。L聚类中的热休克蛋白表达下降，表明蛋白质稳态丧失，这是衰老的一个显著标志。

图4 在人类成年皮肤中，表皮衰老由CDKN1A+非增殖性黑素细胞驱动

5.人类成年皮肤中细胞衰老标志物的空间转录组学定位

空间转录组数据集显示了CDKN1A和CDKN2A在受日晒和未受日晒的人类皮肤中的表达空间模式（图5a、b）。使用点到点距离计算得出的任何直接相邻的阳性点形成一个簇（图5c）。处于簇中的高CDKN1A表达位点的比例随着日晒而增加，并且与实际年龄有微弱关联（图5d）。利用统计模拟评估了位点聚集或分散的趋势。在受日晒皮肤样本中，高CDKN1A表达位点的聚集程度显著高于随机预期，11个受日晒样本中有5个样本的聚集具有显著性（图5e）。在未受日晒的样本中，未观察到高CDKN1A表达位点有任何显著的聚集或分散趋势。

图5 人类成年皮肤中细胞衰老标志物的空间转录组学定位

文章小结

作者通过单细胞 RNA 测序和空间转录组学图谱，研究了表皮和真皮衰老及其影响，重点是黑色素细胞和成纤维细胞，并开发了皮肤特异性细胞衰老基因集。同时空间分析揭示了衰老细胞聚集的趋势。文章选题新颖，收集了相关单细胞和空间转录组公共数据，分析思路清晰严谨，纯生信发到8分，这简直泰裤啦！！（ps：你还在分析思路紧缺？让小记者来给你鼎力相助，思路复现or数据挖掘统统不在话下在，小记者新上线了单细胞分析视频课程，有需要赶紧联系我吧！！）