01

單細胞測序-揭示傷害感受神經元驅動杯狀細胞粘液分泌機制

研究者發現，缺乏痛覺感受神經的小鼠產生的保護性粘液更少，并且腸道微生物組成也發生了變化，并對其發生機制進行了研究。通過單細胞測序發現，Nav1.8+CGRP+傷害感受神經元與腸道杯狀細胞直接相互作用時，會釋放保護性粘液。小鼠和人類消化道細胞表達Ramp1（神經肽CGRP的受體）。傷害感受器通過CGRP-Ramp1途徑發出信號，從而誘導杯狀細胞粘液分泌。給予CGRP能夠保護傷害感受器缺失的小鼠免受結腸炎的影響。

這項研究證明了疼痛可能會以更直接的方式保護機體，而不僅是通過檢測到潛在傷害并向大腦發送信號的傳統方式。總之，這項研究揭示了腸道內疼痛調節神經與腸道上皮細胞交流機制，證明神經系統在腸道屏障維護和炎癥保護機制中發揮著關鍵作用。

02

scRNA-seq和scBCR-seq助力長壽漿細胞亞群的鑒定

長壽漿細胞（LLPC）是在次級淋巴器官或發炎組織中初步分化后進入骨髓中的壁龕的一類高度特化的抗體分泌細胞，LLPC是體液免疫記憶的重要組成部分，也是疫苗誘導的長期保護的基礎，因此了解LLPC的差異和其維持特性至關重要，但由于漿細胞數量稀少且缺乏已知的表面分子，對其的了解非常有限。

本文結合scRNA-seq和scBCR-seq技術對小鼠脾臟和骨髓中的漿細胞進行了分析，首先基于單細胞轉錄組結果揭示了SPPC和BMPC的異質性，這些PC細胞的異質性受到免疫球蛋白同種型、駐留組織和生發中心的記憶影響，然后基于免疫組庫數據比較免疫和非免疫小鼠識別免疫誘導的LLPC細胞，遺傳脈搏追蹤方法進一步鑒定了LLPC，并基于IgA和IgM PC的分布揭示了LLPC的異質性，表明他們擁有不同的分化路徑，然后對漿細胞的半衰期研究，發現長壽漿細胞和短效漿細胞的細胞表面標記存在明顯差異，不同漿細胞的抗體分子特征受到的誘導條件和分化場所的影響，比如IgG型長壽漿細胞與一部分IgA型長壽漿細胞可被外源抗原免疫或病毒感染誘導，曾經歷生發中心內的親和力成熟過程，而IgM型長壽漿細胞的生成并不依賴于生發中心反應，有意思的是這些漿細胞包含的抗體分子可識別來自自身與腸道菌群的抗原，提示他們具有固有免疫細胞的特征。

這些結果，將來還可能幫助我們改善抗體疫苗，也可能幫我們針對抗體介導的自身免疫病開發出靶向漿細胞的精準治療方法。

03

空間多組學解析膠質母細胞瘤中腫瘤-宿主的雙向依賴性

膠質母細胞瘤是中樞神經系統的惡性腫瘤，具有亞克隆多樣性和細胞狀態的動態可塑性。這些腫瘤在空間背景下動態重組的來源仍然未知。

在此研究中，研究者通過空間轉錄組學、代謝組學和蛋白質組學來表征膠質母細胞瘤。他們將膠質母細胞瘤干細胞模型植入人類和嚙齒動物新皮質組織模擬各種環境，以證實轉錄狀態源于對不同環境的動態適應。空間轉錄組顯示惡性樣本之間異質性較大，每個樣本以其獨特的基因表達譜為特征。研究者將空間轉錄組數據與已有的單細胞和組織學數據整合分析重現了五種空間轉錄模式——兩個與膠質相關基因高表達相關的空間不同的轉錄模式：一個與放射狀神經膠質相關基因表達增加相關，稱為“Radial Glia”；另一個顯示了炎癥相關基因和INF-γ通路的功能富集，稱為“Reactive Immune”；其余的轉錄模式顯示出與神經膠質譜系一致：Neuronal Development和Spatial OPC；第五個轉錄模式稱為“Reactive Hypoxia”，該模式與缺氧反應和糖酵解基因相關。隨后研究者進行代謝組學來探索空間上不同的Reactive Hypoxia模式。進一步分析識別出三個顯著的代謝亞組。他們的發現為代謝變化和氧化應激是基因組多樣性的潛在相互驅動因素提供了證據，從而導致膠質母細胞瘤的克隆進化。研究者空間蛋白質組學分析發現Reactive Immune和Reactive Hypoxia區域均顯示腫瘤相關髓系細胞和T細胞顯著富集。

該研究通過證明宿主環境在重塑遺傳和轉錄異質性方面起著重要作用，并提供了對患者間異質性的洞察。該研究提示有針對性的治療方法是必要的，強調了個性化治療方法在神經腫瘤學中的重要性。

04

10x Genomics單細胞、空間和原位解決方案助力繪制高分辨率乳腺癌FFPE組織的腫瘤微環境圖譜

10x Genomics的單細胞及空間產品在領域中的地位氏毋庸置疑，但目前的Chromium單細胞方案和Visium空間技術方案在解析細胞原位信息方面并不是特別理想，因此急需一種在不破壞組織結構完整的情況下，具有高復合度、高通量、可讀取空間信息、具有亞細胞分辨率，同時兼容新鮮組織和石蠟包埋組織的方法。

2022年10月7日10x Genomics在BioRxiv上發表了其新開發的新型原位技術--Xenium原位技術解決方案，該技術原理如下：在Xenium載玻片上制備FF或FFPE組織切片（每塊載玻片上的可成像區域為12mm×24mm）。然后對切片進行處理，比如透化或解交聯，釋放出來的RNA能更好的與可環化的DNA探針進行雜交。雜交探針連接后通過酶促反應進行滾環式擴增，之后將玻片放入Xenium Analyzer儀器中進行多輪熒光探針雜交和成像去除操作，實現目標基因的定位和識別，最后構建出整張組織切片上轉錄本的空間圖譜。研究人員選擇乳腺癌作為測試堆型，使用連續切片分別進行了Chromium單細胞、Visium空間轉錄組和Xenium原位技術檢測，Xenium原位技術能夠有效的進行細胞邊界的界定，并解決了單細胞轉錄組與Visium中多種細胞類型混合區域聯合注釋不精準的問題，Xenium原位技術中92%的細胞可以精準地歸入某一類細胞類型，證明了其在解析細胞異質性中的挖掘能力，與Visium相比，雖然Xenium原位技術獲得的轉錄本信息有限，但兩者表現出的空間位置定位異質性較高，并且其靈敏度和特異性方面優于VIsium技術。并且Xenium原位技術也可以實現同一張切片上蛋白質和RNA的成像。與10x Genomics的單細胞和空間轉錄組產品形成高度互補。

05

單細胞轉錄組聯合空間代謝組揭示腎臟損傷后修復和發育的代謝動力學

細胞代謝幾乎參與了細胞生命活動的每一個環節，不僅參與細胞的每一個功能調控過程，也可以反應細胞瞬時的功能通路狀態，最具有代表性的例子當屬能量代謝增強與線粒體含量增加的緊密聯系，并且在細胞代謝過程中的代謝產物也可以影響細胞分化中表觀遺傳的改變。在人腎臟發育過程中，腎祖細胞的自我更新和分化之間的平衡對于腎臟發育至關重要，其自我更新主要依賴糖酵解代謝通路，而腎臟缺血性損傷修復過程也表現除腎小管上皮細胞糖酵解代謝通路的激活，兩者的相似性提示我們代謝異質性和復雜性研究有助于發現腎臟再生的代謝靶標。

本研究結合了高空間分辨率的基質輔助激光解吸/電離質譜成像（MALDI-MSI）技術和同位素示蹤，構建了一個單細胞水平檢測空間代謝動力學的平臺，該平臺不僅可以用于檢測代謝通路的速率，還可以檢測不同營養物在細胞中的代謝分配。研究者首先構建了雙側腎缺血再灌注損傷（bIRI）老鼠模型，模擬腎移植過程中的損傷修復過程，通過對不同修復程度的腎臟細胞的代謝特征進行檢測，發現了和前期研究一致的結果，即正常修復的PT表現出高的糖酵解代謝，但對bIRI模型正常修復的PT和對照取腎臟相比依然表現出異常的線粒體代謝和營養分配，表明損傷病人發展為慢性腎病的可能性更高。然后單細胞轉錄組與單細胞水平的空間代謝組學相結合，揭示了人胚胎期的腎臟在不同發育階段代謝基因和代謝物都表現出強烈的異質性，然后跟著上皮細胞的發育軌跡構建其代謝軌跡，發現從祖細胞到成熟的PT過程中，糖酵解下降，而糖異生升高，線粒體的氧化磷酸化升高，尤其是脂肪酸的β氧化升高明顯，這些結果表明腎臟發育中PT的成熟對脂肪酸的依賴性，而在腎臟類器官中長鏈脂肪酸β氧化的代謝缺陷在運用短鏈脂肪酸彌補后促進PT的發育成熟。

這項研究在組織上辨別單個細胞類型內與微環境相關的代謝異質性，分別揭示了腎臟損傷后修復和發育過程中的代謝軌跡，為進一步研究腎臟再生過程提供了參考。

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