单细胞纯生信出圈竟靠它？港中文团队：非肿瘤+跨器官+细胞外基质，这思路8分+没得说！神招已出，速来学习~- 大数跨境

单细胞纯生信出圈竟靠它？港中文团队：非肿瘤+跨器官+细胞外基质，这思路8分+没得说！神招已出，速来学习~

生信日报

2024-10-29

大家都知道非肿瘤生信文大多数情况下都比肿瘤分析好发不少。但是想纯生信无实验发表还是不太容易哦~~不过这怎么可能难得倒小记者呢！今天就带大家学习一篇非肿瘤纯生信文章，还是当下火热的单细胞分析，仅挖掘公共数据就拿下8分+！！一起来好好琢磨一下吧~作者整合并分析了来自不同纤维化疾病患者的大规模单细胞转录组数据集。鉴定了产生细胞外基质的细胞类型，并探讨了其异质性和起源。最后通过伪时间分析研究他们的细胞分化轨迹。

1.大规模公共数据集：肿瘤数据之多，其大规模数据分析现在已经比较常见了。但非肿瘤数据相对来说较少的情况下，文章能做到大量数据集的整合和分析实属不易。这当然更加吸引编辑和审稿人。

2.选题具备热点：该文章包含了单细胞分析，以细胞外基质这一热点研究内容作为主题，又使用了跨器官研究和性基因标志物，多重buff叠加，这不想发高分也难！！

（ps：你也想纯生信成功发文吗？联系小记者，给你提供更多的前沿热点与创新思路，赶紧call小记者，帮你文章上大分！另外想自学单细胞数据分析的宝子，可以点击文末链接观看小记者新上线的单细胞分析视频课，随到随学~）

定制生信分析

云服务器租赁

(加微信备注99领取试用)

题目：单细胞RNA测序确定骨髓来源的祖细胞是多种器官纤维化疾病中细胞外基质产生细胞的主要来源。

杂志：International Journal of Biological Sciences

影响因子：IF=8.2

发表时间：2024年9月

公众号回复“999”领取原文PDF，文献编号：241029

研究背景

纤维化的特征在于，由于失调的组织修复反应而导致细胞外基质（ECM）异常沉积，这给纤维化相关疾病带来了巨大的全球负担。尽管表达α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA/ACTA2）的肌成纤维细胞被认为是纤维生成的关键参与者，但产生ECM的细胞的来源仍存在争议。

数据来源

研究思路

作者整合并分析了来自涉及心脏、肺、肝脏或肾脏的不同纤维化疾病患者的大规模单细胞转录组数据集。利用ECM评分鉴定了产生ECM的基质细胞类型，并对他们重新分群给得到六个亚群，探讨了其异质性。根据性别特异性基因的表达，推断了产生 ECM 细胞的起源。最后通过伪时间分析研究产生 ECM 的细胞的细胞分化轨迹。

主要结果

1. 单细胞图谱揭示跨多器官人类纤维化疾病中产生ECM的细胞表型

作者分析了八个人类纤维化疾病的scRNA-seq数据集（图1A，表S1 - 7）。通过评估胶原蛋白、糖蛋白和蛋白聚糖的表达水平量化ECM评分，以鉴定有助于ECM产生的特定细胞类型。肌/成纤维细胞、血管平滑肌细胞（vSMC）、周细胞和间皮细胞在内的基质细胞在所有数据集中具有较高的ECM评分和较高的纤维化相关胶原蛋白基因COL1A1和COL3A1表达水平（图1B），表明他们是产生ECM的主要来源。（ps：多数据集的整合分析需要处理的数据量很庞大，自己的电脑带不动？工欲善其事必先利其器，而你就非常需要一个服务器，刚好小记者可以已提供服务器租赁服务，可共享可独享，双11活动开启，新朋友还能免费试用哦！）

图1 基质细胞在多种器官纤维化疾病中表现出高细胞外基质产生的特性

随后整合这些基质细胞，确定了五种主要细胞类型（图2A）。ACTA2在vSMC和周细胞中高表达，在肌成纤维细胞和成纤维细胞中的表达水平较低（图2B）。肌成纤维细胞和成纤维细胞均表现出比周细胞、vSMC和间皮细胞更高的ECM评分（图2C-D）。功能富集分析表明，肌成纤维细胞和成纤维细胞主要参与ECM组织、胶原纤维组织、胶原代谢过程以及对创伤反应的调节，周细胞和vSMC参与氧化磷酸化和肌肉收缩，间皮细胞与细胞黏附功能相关（图2E）。周细胞和vSMCs高表达PDGFRB但低表达COL1A1，肌成纤维细胞和成纤维细胞高表达COL1A1和PDGFRA（图2F）。ACTA2的表达与ECM评分之间呈负相关（图2G）。表明ACTA2不是识别纤维化组织中产生ECM的细胞的精确标志物。

图2 纤维化组织中细胞外基质产生细胞图谱

2.产生细胞外基质的肌成纤维细胞和成纤维细胞的异质性

对肌/成纤维细胞重新聚类，鉴定出六个亚型（图3A）。CTHRC1_MyoFib和A2M_MyoFib高表达胶原蛋白基因（图3B）。IGFBP6_Fib和CTHRC1_MyoFib高表达糖蛋白和蛋白聚糖基因（图3B）。MYL2_Fib也有较高的蛋白聚糖基因表达水平（图3B）。CCL11_Fib和HAS1_Fib具有促炎表型,和较高的受MYC调控靶基因的基因评分（图3C-D）。CCL11_Fib和HAS1_Fib参与翻译调控、蛋白质折叠和间充质细胞分化相关过程（图3E），表明它们具有较高的细胞增殖能力和干性。CTHRC1_MyoFib和A2M_MyoFib具有较高的Hedgehog和Notch信号通路的基因评分，且参与胶原纤维组织以及ATP生物合成过程（图3D-E），表明它们参与ECM沉积和细胞收缩功能。

图3 肌成纤维细胞/成纤维细胞的异质性

3.纤维化组织中ECM产生细胞的起源

在所有四个主要的纤维化器官中，产生ECM的肌/成纤维细胞中上皮、内皮或淋巴细胞谱系标志物的表达极少（图4A）。大多数产生ECM的细胞高表达造血干细胞（HSC）和间充质干细胞（MSC）标志物，低表达周细胞、vSMC和巨噬细胞谱系标志物（图4A）。根据性别特异性基因的表达，肌/成纤维细胞被归类为受者或供者来源（图4B）。在伴有肾小管间质纤维化且移植物功能恶化的移植（AK1）中，超过一半的产生ECM的肌/成纤维细胞为受者来源，表明骨髓来源的肌/成纤维细胞有助于肾纤维化的发展。其他产生ECM的细胞完全是供者来源的（图4B）。受者来源的肌/成纤维细胞具有更高的HSC和MSC标志物表达（图4C）。通过差异基因表达分析确定了受者来源和成者器官来源的成纤维细胞的标志基因，结果显示两个肾移植数据集之间存在显著重叠（图4D-E）。在人类胎儿骨髓的单细胞数据集中，验证了受者来源的成纤维细胞的主要差异表达重叠标志物在骨髓来源的间充质干细胞中高表达（图4F）。

图4 推断肌成纤维细胞/成纤维细胞亚型的潜在细胞起源

CCL11_Fib、HAS1_Fib和IGFBP6_Fib也表现出受者来源成纤维细胞标志物的更高表达（图5A）。A2M_MyoFib表现出供者来源成纤维细胞标志物的更高表达（图5B）。因此，这种特定的肌/成纤维细胞亚型可能起源于组织驻留细胞而非循环细胞。在多个数据集中，周细胞在组织来源成纤维细胞方面显示出最高的基因分数（图5C-D）。表明大多数具有肌/成纤维细胞表型的产生ECM的细胞源自外周循环细胞，而少数致纤维化细胞来源于组织驻留周细胞。

图5 对纤维化组织中产生细胞外基质的细胞的细胞来源的分析

4.产生ECM的细胞的分化轨迹

使用扩散伪时间分析产生ECM的肌/成纤维细胞和周细胞的分化轨迹和动态分子变化，识别出两种分化轨迹：（谱系1）循环骨髓前体细胞（BMPC）来源的成纤维细胞到肌成纤维细胞的分化，以及（谱系2）周细胞到肌成纤维细胞的分化，分别对应于循环骨髓来源和组织来源的产生ECM的肌成纤维细胞（图6A-B）。在谱系1中，干细胞标志物的表达减少，而ECM基因和ACTA2的表达增加，表明从具有高干细胞性和低ECM的成纤维细胞向具有高ECM的肌成纤维细胞的分化轨迹（图6C）。趋化因子在循环骨髓谱系中主要表达，但在分化为肌成纤维细胞时表达减少（图6C）。谱系2显示出肌动蛋白和肌球蛋白基因的高表达，但ECM基因的表达低于循环骨髓谱系（图6C）。表明循环骨髓来源的肌/成纤维细胞在纤维化组织中的炎症和ECM沉积中起关键作用，而组织来源的肌成纤维细胞更多地参与收缩功能而非ECM沉积。

在BMPC向肌成纤维细胞过渡的过程中，HAS1_Fib和IGFBP6_Fib处于初始阶段，随后是CCL11_Fib和MYL2_Fib，并以CTHRC1_MyoFib和A2M_MyoFib完成过渡（图6D）。差异表达基因的热图展示了BMPC向肌成纤维细胞分化过程中基因表达的程序性变化（图6D）。在周细胞向肌成纤维细胞分化的过程中，周细胞作为轨迹的起点，随后是MYL2_成纤维细胞，然后是两种肌成纤维细胞亚型（图6E）。MYL2_Fib参与了周细胞到肌成纤维细胞的分化，这与该亚型中受者来源成纤维细胞标志物的低表达一致（图6E）。在周细胞到肌成纤维细胞分化的早期阶段，与结合调节、肌动蛋白纤维组织调节和内皮发育相关的基因富集（图6E）。

图6 产生ECM的细胞分化的动态

文章小结

作者整合并分析了八个来自不同纤维化疾病患者的大规模单细胞转录组数据集。鉴定了产生ECM的细胞类型，将他们重新分群并探讨了其异质性。采用了性基因标志物和跨器官研究，推断了产生ECM细胞的起源。最后通过伪时间分析研究他们的细胞分化轨迹。文章选题新颖，紧跟热点，收集了多组单细胞转录组公共数据，分析思路清晰严谨，纯生信发到8分+，当之无愧！！（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，赶紧联系吧！！听课链接点击下方链接即可购买~）