单核细胞测序+空间转录组测序：揭示脊髓损伤后与运动能力恢复有关的特异性神经元
/// 01 单核细胞测序+空间转录组测序：揭示脊髓损伤后与运动能力恢复有关的特异性神经元
本研究发现在9名慢性脊髓损伤患者的神经康复期间，硬膜外电刺激（EES）可以恢复患者行走能力，其机制涉及到人类在行走过程中腰脊髓中神经元活动的减少。研究者推测脊髓损伤可能影响了特异性神经元亚群的活动，这些亚群对脊髓损伤后的患者行走至关重要。为了识别这些特定神经元，研究者对小鼠胚胎康复的技术和治疗特征进行了建模，联合单核RNA测序和空间转录组学，绘制小鼠脊髓的空间分辨的瘫痪恢复分子图谱。然后，使用细胞类型和空间优先级来识别参与行走恢复的神经元，发现了一群嵌套在中间板内的兴奋性中间神经元，增加这些神经元的活动可以促进脑康复后行走的恢复。因此，本研究确定了一个恢复组织的神经元亚群，对瘫痪后恢复行走至关重要。此外，本研究还建立使用分子制图来识别神经元，产生复杂行为的框架。
/// 02 人类巨细胞病毒感染的单细胞转录组学分子特征
人巨细胞病毒(HCMV)是一种流行的病原体的乙型疱疹病毒家族，感染大多数人。HCMV可导致生产性或非生产性感染，后者可能导致病毒潜伏期。HCMV建立的潜伏感染，可导致疾病，并且病毒再激活之后会一定程度导致死亡。广泛的细胞类型可以被感染，但感染结果不同，有研究证明分化的细胞通常更容易被感染。
为了阐明决定感染结果的分子决定因素，研究者使用单细胞RNA测序(RNA-seq)探查了单核细胞和巨噬细胞中的HCMV感染进展。他们发现，早期病毒基因表达水平，特别是那些编码即时早期蛋白IE1和IE2的基因表达水平，是决定生产性感染的主要因素。他们还揭示了内在的，非诱导的，宿主细胞干扰素刺激的基因表达水平是感染结果的主要决定因素。内源性干扰素刺激的基因表达随着单核细胞向巨噬细胞分化而下调，部分解释了巨噬细胞对多产型HCMV感染的易感性增加。此外，非生产性巨噬细胞可以重新激活，使它们成为潜在的病毒储存库。
总的来说，研究者们破译了HCMV感染结果背后的分子特征，并提出巨噬细胞是潜在的HCMV宿主。
/// 03 空间单细胞免疫图谱揭示原发脑瘤和转移性脑瘤微环境差异
脑癌是常见的恶性肿瘤之一，根据起源可分为大脑内部原发瘤和其他肿瘤转移性肿瘤，肿瘤微环境是癌症进展的重要因素，在脑肿瘤中由于其屏障作用其TME又与其他肿瘤不同，主要由功能多样化的星形胶质细胞和个体遗传特异性的促瘤巨噬细胞占主导，单细胞测序技术虽然能够深入描述TME，但其丢失了位置信息因此对于肿瘤微环境中细胞-细胞互作的研究并不充分，因此本文利用高度复用抗体panel和IMC空间蛋白组技术来从空间层面上描述大脑TME，该研究共采集了389张高维病理学图像（139个胶质瘤和46个BRM患者肿瘤），获得了1163362个细胞，基于降维聚类定义了16种免疫细胞群，统计结果显示，在组织的基质区GFAP+星形胶质细胞和CD68+巨噬细胞比例高，基质区的免疫微环境主要由小胶质细胞和巨噬细胞组成，而淋巴细胞相对较少，进一步的统计发现IDH突变与巨噬细胞的募集有关，为了验证单个细胞的通信模式，采用排列测试对细胞-细胞共定位进行分析，发现转移性脑瘤的癌细胞更可能避开TME的大多数非癌谱系，但整体异型细胞相互作用更强，说明胶质母细胞瘤与BRM与周围脑实质相互作用的方式是完全不相同的，为了解析肿瘤内的多细胞结构，发现胶质母细胞瘤主要由CN3和CN4星形细胞富集，而转移性脑瘤则由CN8肿瘤隔室富集，作者还发现了一群与长期生存相关的独特的巨噬细胞富集邻域（CN2，CN7，CN9）。
总之，该文章表征了不同脑瘤的空间单细胞TME差异，揭示了胶质母细胞瘤患者存活相关的细胞邻域，为肿瘤微环境研究提供了生物学见解。
/// 04 单核转录组分析杏仁核跨物种的分子和细胞进化
杏仁核在动物的情绪效价、记忆编码、进食、社会行为和行为状态评估中起着关键作用。杏仁核的损伤或功能中断与各种神经疾病有关，特别是神经精神障碍，如精神分裂症、焦虑和双相情感障碍。对杏仁核的进化研究有利于阐明情绪与情感的进化起源。由于杏仁核有多种胚胎起源，其初级杏仁核亚核和基本回路连接和功能在物种间是保守的，但在不同物种中其大小和复杂性依然存在差别，进化在多大程度上改变了不同物种杏仁核的细胞类型和基因表达模式尚不清楚。
本文利用单细胞核转录组学方法构建了人、猕猴、小鼠和鸡的杏仁核单细胞转录组图谱，鉴定了大量杏仁核亚核团特异的神经元类型，揭示了杏仁核在物种间的普遍进化守恒。CEA和IA在哺乳动物中特别保守，甚至在鸡中也发现了类似的结构和细胞类型。BLA和COA/MEA在进化过程中存在相对差异。还发现了几种灵长类和人类的显性细胞类型。在灵长类动物中，LAMP5+中间神经元更为丰富，在人类CEA和BLA中分别富集DRD2+抑制性神经元和LAMP5+/ SATB2+兴奋性神经元。
总之本文揭示了杏仁核的跨物种保守性和差异并为将来在细胞亚型水平研究杏仁核的功能打下了坚实的基础。
/// 05 Kupffer细胞分泌IL-6促进肝细胞去分化介导肝脏再生
组织再生过程中新生细胞除了可以来源于成体干细胞自我扩增并分化之外，也可以来自于原先存在的已分化的细胞，在肝脏的损伤再生过程中，已有研究表明，成熟肝细胞的去分化过程是肝细胞重要来源之一。那是什么外源信号诱导了重编程的发生呢？
本研究利用单细胞测序的手段，解析了健康的肝脏和损伤肝脏里的肝细胞不同亚群的表达谱，鉴定到损伤出现的Sox9+ LPLCs，而这群LPLCs的特征基因在肝胚胎发育过程中也是高度富集，说明在肝损伤修复过程中肝细胞去分化重新激活了胚胎发育时期的基因。进一步伪时间分析和GSEA富集分析，研究人员发现正常肝细胞转变到LPLCs过程中免疫信号通路高度激活，并且免疫信号通路的激活程度与重编程轨迹呈正相关，预示着肝细胞的去分化有可能和免疫细胞相关，因此研究人员进行了肝脏不同种类的免疫细胞敲除试验，发现敲除巨噬细胞能够显著抑制LPLCs的出现，而敲除适应性免疫细胞以及NK细胞和粒细胞对LPLCs出现无明显作用。因此进一步对肝损伤条件下的巨噬细胞进行单细胞测序，解析了其异质性，并基于巨噬细胞谱系特异性敲除的动物模型，发现KCs是LPLCs出现所必要的，进一步体内过表达KCs特异分泌的因子试验发现IL-6可以在无损伤的肝脏内诱导LPLCs出现，具体机制是结合肝细胞IL6R/gp130受体，其下游是通过STAT3信号转导实现。进一步通过ChIP-seq技术证明了STAT3能够结合到重编程相关基因的位点，这些位点是受Arid1a调控，该研究团队在2019年的Cell stem cell中已经发现Arid1a基因在肝细胞重编程中的调控作用，该基因预先开放了成熟肝细胞中重编程相关基因的染色质区域，然而在肝损伤过程中，具有同样调控这些位点的H3K27ac修饰在胚胎发育中激活，而在LPLCs中并未激活，而STAT3这个在胚胎发育中没有激活的基因在LPLCs中出现了激活，这说明了肝脏损伤下IL-6/STAT3信号是结合了损伤特异的增强子诱导了前体基因的表达。该研究揭示了肝脏损伤下巨噬细胞的炎症信号通过损伤特异的转录调控模式诱导肝细胞去分化的机制，为探索诱导体内重编程的因子，开发治疗肝脏疾病相关药物，奠定了重要的理论基础。
参考文献
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