研究背景

胎生是脊椎動物中廣泛存在的一種生殖策略，其特征為受精卵在母體內發育，直至胚胎發育成熟后才被產出。與這一普遍模式形成鮮明對比的是，海馬科物種演化出了極為特殊的“雄性懷孕”現象，該獨特的生命史策略為研究動物生殖系統的演化提供了重要窗口：功能性相似的生殖方式究竟源于趨同的分子機制，抑或是通過同源通路或全新的細胞調控路徑實現？盡管已有比較基因組學研究初步揭示了該生殖方式轉變的遺傳背景，然而相關基因在特定細胞類型中的表達模式及其演化軌跡仍不清楚。

在結構上，海馬育兒袋與有袋類動物的育兒袋具有一定相似性，并在功能上融合了羊膜動物子宮與胎盤的特點。在雄性懷孕過程中，其育兒袋內層組織發生顯著肥大與血管化，形成一種被稱為“偽胎盤”的結構，可執行氣體交換與營養物質傳遞等典型的胎盤功能。此外，海馬在進化過程中丟失了?foxp3?基因——該基因在哺乳動物中對調節性T細胞（Treg）的發育與功能維持具有核心作用，這一遺傳缺失也引發了對其在懷孕過程中免疫耐受機制的特殊適應性的探討。

研究內容和結果

對海馬育兒袋7個發育階段進行單細胞轉錄組測序，鑒定出14個細胞簇，分為四大主要細胞類型：上皮細胞（EPCs，9個簇）、成纖維細胞（FBs，2個簇）、免疫細胞（ICs，2個簇）和內皮細胞（ENCs，1個簇）。細胞的空間分布對細胞間相互作用及其功能維持至關重要。

對妊娠早期胎盤囊進行空間轉錄組測序（測序平臺BMKMANU?S1000）發現，EPCs在胎盤囊的三層結構中均呈現高豐度。其中，EPCs-II（高表達C型凝集素）在外層富集，可能暗示其在早期聚集外部吸附物或抑制表皮細菌方面發揮作用。相比之下，EPCs-III（tfa+）和EPCs-IV（gata1+）在內層富集，與“鐵穩態”、“細胞遷移”及“血管發育”相關，其在雄性妊娠胎盤形成過程中可能參與侵襲和血管化過程。作為細胞外基質（ECM）的主要來源，FBs存在于中間層，富集“膠原蛋白生成”，可能促進胎盤囊結構形成和組織重塑。ICs則分散于三層結構中，調控免疫穩態。

基于scRNA-seq，scATAC-seq，空間轉錄組數據聯合分析，作者發現了具有干細胞潛能的”育兒袋上皮祖細胞（BEPCs）”。研究顯示，該類細胞在發育過程中與膠原蛋白基因呈現協同表達，并受到雄激素信號的強烈驅動。研究進一步證實，外源性雄激素處理可誘導雌性海馬形成育兒袋結構。由此，雄激素受體及其調控的育兒袋上皮祖細胞作為觸發育兒袋器官生成的關鍵起始因子。

圖1?細胞圖譜構建

在雄性妊娠期間，海馬卵囊內層會發生顯著的形態學改變并呈現肥大，形成類似胎盤的組織結構，在細胞譜系轉變過程中，多個海馬特異性基因（如pastn1、sp-chia）在偽胎盤形成中起關鍵作用。作者發現EPC-I（muc15）、EPC-I（cxcl14）和EPC-IV在人類中與絨毛外滋養層細胞（EVTs）及絨毛滋養層細胞（VCTs）具有高度相似的基因表達譜，海馬雄性妊娠和哺乳動物常規雌性妊娠的胎盤形成過程，可能具有趨同的細胞機制和調控基礎。海馬缺乏foxp3基因（哺乳動物中調控Treg細胞的關鍵基因），但可能通過其它免疫細胞（如cd4+il2rb+?Tregs?和巨噬細胞）維持對胚胎的免疫耐受。

圖2?海馬假胎盤形成與子宮重塑的單細胞轉錄組分析圖譜

通過跨物種比較基因組學與單細胞多組學分析發現，盡管存在物種特異性差異，海馬假胎盤中的多數細胞類型在轉錄組特征上高度近似于人類的滋養層細胞——后者在調控胎兒生長及母體妊娠適應中發揮關鍵作用。其中，EPCs-II型細胞兼具表皮分化特征與凝集素介導的黏附功能，其可能是卵囊演化起源的重要線索。

進一步研究表明，海馬育兒袋與哺乳動物子宮在細胞和遺傳層面具有顯著同源性。海馬與哺乳動物生殖系統所呈現的趨同進化現象，可能源于特定細胞類型通過趨同演化形成相似的轉錄特征，進而實現類似功能，最終推動胎生機制的形成。

圖3?細胞類型進化分析

研究總結

該研究通過細胞分子與發育生物學的多維度分析，深入解析其卵囊發育與妊娠過程中的細胞遺傳動態。研究發現，卵囊形成的關鍵在于一種具有干細胞潛能的“育兒袋上皮祖細胞”群體。體內實驗證實，雄激素在卵囊形成中起主導作用。通過對其它動物的對比研究，作者揭示了海馬雄性親代撫育的早期進化機制，以及其細胞特征，存在與哺乳動物胎生動物相似的生命功能的趨同演化。

研究單位：西安交通大學基礎醫學院院長張保軍教授團隊

期刊名：cellular & molecular immunology

影響因子：21.8

樣本類型：8-12周齡小鼠

文章采用技術：空間轉錄組測序、單細胞RNA測序（scRNA-seq）

引言

在對抗感染和腫瘤的免疫戰場上，記憶?CD8+?T?細胞是守護機體的「長效衛士」，?它們能快速識別再次入侵的病原體或癌細胞，發動強力攻擊。長久以來，樹突狀細胞（DC）被認為是主導記憶?T?細胞分化的核心「指揮官」。研究人員通過整合單細胞RNA測序（scRNA-seq）和空間轉錄（BMKMANU?S1000）技術，揭示了單核細胞才是調控記憶?CD8+?T?細胞分化的關鍵「操盤手」，其奧秘藏在「細胞接觸」與「分子信號」的雙重機制中。其中BMKMANU?S1000空間轉錄組學平臺大放異彩，成為揭CCR2+單核細胞促進記憶CD8+?T細胞分化的關鍵工具。

研究背景

CD8+?T細胞在適應性免疫中扮演著關鍵角色，能夠保護機體免受病原體感染和消除惡性細胞。當CD8+?T細胞識別到抗原后，會迅速增殖并分化為效應CD8+?T細胞和記憶CD8+?T細胞。效應CD8+?T細胞負責即時清除感染，而記憶CD8+?T細胞則提供長期保護，能夠在再次遇到相同抗原時迅速啟動免疫反應。然而，單核細胞（monocytes）作為重要的髓系免疫細胞，雖在炎癥遷移中作用明確，但其是否直接參與T細胞分化尚無定論。

研究策略

動物模型與樣本制備

實驗動物：優先選擇8-12周齡的CD45.1+/CD45.2+及OT-I轉基因小鼠

樣本制備：脾臟單細胞懸液通過機械分離和紅細胞裂解（ACK緩沖液）制備

技術手段

• 流式細胞術分析

細胞分選：從感染LM-WT的小鼠脾臟中分選出cDCs、moDCs和單核細胞等抗原呈遞細胞（APCs）

細胞刺激與培養：將分選出的APCs與OVA肽段體外共孵育后，過繼轉移到已接受初始OT-I+?CD8+?T細胞的WT受體小鼠體內，或與體外刺激的初始CD8+?T細胞共培養

表型檢測：通過流式細胞術檢測CD8+?T細胞的分化表型，包括記憶相關標記物（如cKit、Sca1、Bcl6、TCF1和Eomes）的表達

• 空間分辨轉錄組學

樣本處理：對感染第0天和第5天的小鼠脾臟組織進行切片，并進行H&E染色以確定組織形態學特征

空間轉錄組學分析：利用BMKMANU?S1000空間轉錄組學技術對脾臟切片進行分析，揭示不同免疫細胞亞群在脾臟中的空間分布

數據整合：將scRNA-seq數據與空間轉錄組學數據進行整合，通過Seurat等工具的FindTransferAnchors和TransferData函數，將scRNA-seq中識別的細胞類型映射到空間轉錄組學數據中，實現細胞類型的空間定位

• 免疫熒光染色

樣本處理：對感染第0天和第5天的小鼠脾臟組織進行切片，并進行免疫熒光染色

抗體選擇：使用特異性抗體標記CD8+?T細胞、單核細胞（CCR2+）、樹突狀細胞（CD11c+）等關鍵細胞類型

結果分析：通過顯微鏡觀察并拍攝染色切片，分析不同細胞類型在脾臟中的共定位關系

• 生物信息學分析

差異基因分析：利用Wilcoxon秩和檢驗等統計方法，識別不同細胞亞群間的差異表達基因

通路富集分析：通過ClusterProfiler等工具對差異表達基因進行通路富集分析，揭示潛在的生物學過程

偽時間分析：利用Monocle3等工具構建細胞分化軌跡的偽時間軸，分析CD8+?T細胞亞群在分化過程中的基因表達變化

研究結果

研究結果一：通過空間分辨轉錄組學繪制急性感染后脾組織的圖譜

為了研究免疫反應過程中不同免疫細胞的空間分布和CD8+?T細胞分化的調節機制，研究人員通過整合單細胞RNA測序（scRNA-seq）和BMKMANU?S1000空間轉錄組（ST）技術，分析了急性感染模型中脾臟免疫細胞的空間分布與CD8??T細胞分化機制。實驗采用OT-I轉基因小鼠模型，通過李斯特菌（LM-OVA）感染誘導免疫反應，關鍵發現包括：1）脾臟形成7個功能集群（B細胞、T細胞、單核/巨噬細胞等）；2）感染后T/B細胞區擴大，APCs（B細胞、DC、巨噬細胞）在T細胞區外圍聚集；3）空間重組與T細胞分化（MP/TE亞群）顯著相關。多組學整合揭示了免疫微環境的動態調控機制，為理解感染中細胞互作提供了多組學視角。

研究結果二：急性感染期間效應和memoryCD8?T細胞分化軌跡不同

為了探索CD8+?T細胞分化的空間決定因素，特別是與近端細胞的相互作用，對于急性感染模型研究人員進行了亞群分析、分化路徑分析和功能驗證，結果表明在急性感染中，IFN反應型CD8+?T細胞和CD8+MP?細胞之間分化軌跡的不同意味著，效應和記憶CD8+?T細胞的命運決定于免疫反應的初始階段，而IFN應答和MP?CD8+?T細胞分別是效應和記憶CD8+?T細胞分化途徑的初始階段。

研究結果三：跨組織區域細胞亞群的鑒定和空間圖譜

為了研究脾臟免疫細胞在感染前后的動態變化，研究人員通過整合單細胞RNA測序（scRNA-seq）和BMKMANU?S1000空間轉錄組（ST）技術，進一步鑒定了供體和受體脾臟中的免疫細胞群。結果顯示：①細胞組成：從1.6萬細胞中鑒定出19類，包括CD8??T細胞亞群（如記憶前體和IFN反應性細胞）及髓系細胞。②動態變化：感染后第5天，T細胞區從以初始CD8+?T細胞為主轉為記憶前體和效應細胞主導，且單核細胞取代DC成為主要浸潤的髓系細胞。③功能提示：不同的APC和CD8+?T細胞之間的相互作用在免疫反應和CD8+?T細胞的分化中起著重要作用。

研究結果四：單核細胞和CD8+?MP細胞的抗原依賴性共定位

為了探索不同細胞類型之間潛在的細胞相互作用，研究人員通過評估特異性免疫細胞標記物的表達、免疫熒光染色及空間轉錄組分析，檢查了第0天和第5天脾臟中CD8+?T細胞和單核細胞的空間分布。結果顯示單核細胞和CD8+?MP細胞以抗原刺激依賴性的方式在空間上共定位，表明單核細胞可能對CD8+?MP細胞的分化有關鍵影響。

研究總結

CD8+T?細胞是適應性免疫的重要執行者；特別是記憶CD8+?T細胞對強效和長期保護至關重要。CD8+?T細胞分化在轉錄水平上的調控機制已被廣泛研究。然而，人們對感染過程中效應和記憶CD8+?T細胞分化的空間要求仍然知之甚少。研究人員通過整合BMKMANU?S1000空間轉錄組（ST）技術和scRNA-seq技術，發現了記憶CD8+?T細胞分化的新機制，該機制涉及單核細胞和CD8+?MP細胞之間的解剖學鄰近性和TGF-β信號傳導。該研究結果闡述了記憶CD8+?T細胞命運決定的新機制，并強調單核細胞作為關鍵的APC群體，通過細胞間接觸依賴的方式在感染過程中促進記憶CD8+?T細胞的分化。

英文題目：Identifification of epilepsy-associated neuronal subtypes and gene expression underlying epileptogenesis

中文題目：鑒定癲癇相關的神經元亞型和誘發癲癇的基因表達

發表時間：2020年10月7號

影響因子：12.121

研究背景

癲癇是一種神經系統疾病，具有自發性和反復發作的特征，其主要發生在海馬體或大腦皮層區域。人們對癲癇的病理生理學仍然知之甚少。雖然有一些動物模型研究顯示某些神經元亞型對癲癇發作的產生和傳播有一定的促進作用，但在人類癲癇患者的相應數據卻很少。這是由于癲癇發生過程中復雜的神經網絡現象。

實驗方法

10x snRNA-seq，Smart-seq2?snRNA-seq，RNA-seq，ISH等

結論

該項研究揭示了癲癇對神經元轉錄的不同影響—即雖然許多亞型表現出輕微的基因表達變化，但其對一些特定的SUB型主要神經元和GABA能間神經元產生了很大的影響。

結果

一、癲癇皮質中與疾病相關的神經元亞型

為了識別哪些神經元亞型受癲癇影響或導致癲癇，文章中比較了來自癲癇性顳皮質和非癲癇性顳皮質的snRNASeq數據，研究結果表明，在一些位置，例如，皮層上層L2_Cux2_Lamp5和L2-3_Cux2_Frem3，在癲癇和非癲癇的皮層產生的神經元之間存在明顯的轉錄組轉移(圖1a)。此外，盡管癲癇病和非癲癇病樣本中每個亞型的神經元數量大致相似，但觀察到幾種亞型中已被鑒定的細胞核數量顯著減少(圖1b)。在癲癇患者中，L2/3亞型的數量減少了，當對每種情況下的序列神經元總數進行歸一化時，這種減少更加明顯(圖1c)。對于中間神經元，Pvalb_Sulf1亞型的神經元數量減少較多(圖1c)。

通過基因表達相關性分析，發現癲癇和非癲癇神經亞型之間的巨大差異(圖1d)，這可能表明癲癇對其轉錄組有特定的影響。對于主要神經元，L5-6_Fezf2_Tle4_Abo、L5-6_Themis_Ntng2、L2_
Cux2_Lamp5和L2-3_Cux2_Frem3亞型在癲癇和非癲癇皮質中轉錄組差異大(圖1d)。對于gaba能間神經元，在癲癇發作的顳葉皮層中，Vip_Cbln1、Sst_Tac1、Pvalb_Sulf1、Pvalb_Nos1和Id2_Lamp5_Nos1的轉錄組改變大。同時也證實了癲癇相關DE基因在具有較大轉錄組差異的神經元亞型中普遍存在(圖1e、f)。

圖1癲癇和非癲癇數據集的整合和疾病相關神經元亞型的鑒定

二、共有和亞型特異性癲癇相關途徑

作者計算了每種已鑒定亞型GO中DE基因的富集程度，一些神經元亞型在癲癇中表現出了大的轉錄組改變(>100豐富的GO)，但多數神經元亞型中只有少數GO，特別是對于生物過程(BP)來說，這應該與通路的生物學功能相關(圖2a)。這些受影響較小的亞型中，大多數在癲癇細胞和非癲癇細胞之間也具有高的基因表達相關性(圖1d)，從而證實癲癇和非癲癇之間轉錄組相關性高的亞型中，癲癇改變的信號通路也較少。

根據GO分析，發現一些Sst亞型、Vip_Cbln1和Id2_Lamp5亞型顯示DO高度富集，如局灶性癲癇(DOID:2234)、癲癇綜合征(DOID:1826)和顳葉癲癇(DOID:3328)。此外，還發在L3_Cux2_Prss12、L5-6_Fezf2_Lrrk1_Sema3e和L5-6_Fezf2_Tle4_Abo主要神經元亞型中富集的與癲癇相關的DO相同。這表明，與癲癇相關的DO在不同的神經元亞型中富集差異很大，與谷氨酰胺能細胞相比，在GABAergic和Sst亞型Vip_Cbln1和Id2_Lamp5中，癲癇相關的DO在GABAergic和Sst亞型Vip_Cbln1和Id2_Lamp5中富集更廣泛，顯示出對癲癇的特殊易感性。

圖2神經元亞型中癲癇相關通路和轉錄轉移的鑒定

三、癲癇活動的信號通路

谷氨酸受體，尤其是AMPA受體被證明是癲癇發作的主要驅動力之一，在篩選出缺乏表達的基因后，尋找富含與奮性相關轉錄組學變化的亞型，并從這些GO項中繪制DE基因（圖3a–d）。CKAMP44是貫穿整個顳葉皮質的主要AMPA受體輔助亞基，這一事實也強調了CKAMP44上調的重要性(圖3c, d)。癲癇對AMPA受體輔助亞基編碼基因的上調有相當普遍的影響。

多種谷氨酸受體亞基和神經元活性相關基因表達復雜失調，其中大部分在癲癇中未見報道。因此,雖然大多數的基因編碼谷氨酸受體亞基表達上調(GRIA1、GRIA3 GRIA4, GRIK3, GRIK4, GRIK5, GRIN2B, GRIN3A, GRM1, GRM7,和GRM8),但一些是表達下調(GRIA2、GRIA3 GRIN2A, GRM5, GRIK1,和GRIK2)(圖3?b, c)。

圖3鑒別可能導致癲癇發作的皮層神經元亞型的信號通路和基因

癲癇患者皮層谷氨酸介導興奮相關基因顯著分層上調或下調。作者用單分子熒光原位雜交(smFISH)方法標記了幾個高度調控基因的mRNA。如上所述，在主要神經元的亞型中，編碼AMPA輔助亞基的許多基因分層上調。因此，在一組癲癇和非癲癇樣本的皮質切片中標記了CKAMP44 mRNA，通過與Rorb和DAPI共標記，并確定了L2/3、L4和L5/6的位置(圖4b)。重要的是，證實了各層中CKAMP44的表達顯著上調(圖4b)。

圖4癲癇患者皮層谷氨酸介導興奮相關基因的復雜分層失調

四、受癲癇影響的基因網絡

在癲癇樣本中，六個與癲癇密切相關的模塊上調，六個下調。另外，在細胞水平分析中突出的幾個涉及過度興奮信號和癲癇發作的基因也是一個或多個癲癇相關基因模塊的成員。編碼谷氨酸受體亞基的基因也廣泛存在于癲癇相關模塊中。這些基因共表達分析捕獲了主要神經元L5-6_Fezf2_Tle4_Abo和L2-3_Cux2亞型中活躍的核心轉錄網絡。與癲癇狀態相關的基因模塊指向與突觸和離子通道相關的轉錄變化，包括AMPA受體輔助亞基、谷氨酸受體亞基和電壓門控鈉通道，這些可能與癲癇回路異常高的興奮有關。同時觀察到主要神經元和GABAergic間神經元的受影響的亞型根據豐富的GO項的相似性聚集在一起(圖5b)。因此，L2-3_Cux2和L5-6_Fezf2亞型與Sst_Tac1和Vip_Cbln1亞型共聚，而L3_Cux2_Prss12亞型與Pvalb_Sulf1亞型共聚，這可能是癲癇轉錄組中受影響嚴重的局部神經網絡的基礎。

圖5綜合分析癲癇易受影響的神經元亞型

結論

總之，該研究通過單核轉錄組測序（snRNA-seq）發現癲癇患者的神經轉錄組發生了大規模而復雜的變化，其中一些亞型表現出了明顯的癲癇驅動的基因表達異常，而其他亞型則大部分未受影響。癲癇相關的轉錄組改變可以聚集成包含多個神經元亞型的模塊，這些神經元亞型可能是受癲癇影響的不同神經元聚集的基礎。未來需要在小鼠模型和人類組織中進行轉化研究，以解決哪些已確定的通路導致癲癇的產生和傳播，以及哪些更能代表神經網絡的穩態可塑性。

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本次我們給大家帶來兩篇利用單細胞轉錄組技術助力動物細胞圖譜繪制的高分文章解讀，希望能給老師后續的研究提供思路。

動物細胞圖譜分析繪制案例：黑腹果蠅

中文標題：果蠅細胞圖譜：成年果蠅的單核轉錄組圖譜

英文標題：Fly Cell Atlas: A single-nucleus transcriptomic atlas of the adult fruit fly

期刊：Science[IF: 63.714] 2022.3.4

DOI：10.1126/science.abk2432

實驗設計

實驗材料：黑腹果蠅

實驗方法：解剖了來自雌性和雄性黑腹果蠅的12個組織（觸角、體壁、脂肪體、平衡棒、心臟、腸道、腿、馬氏管、絳色細胞、喙和下顎須、氣管、翅膀）以及3個性別特異性組織（雄性生殖腺、睪丸、卵巢）。對于遍布全身的組織使用特異性GAL4驅動核-GFP蛋白，再用流式細胞熒光分選技術標記和收集細胞核，進行單細胞核snRNA-seq

測序策略：單細胞核轉錄組10x Genomics、Smart-seq2

研究內容

黑腹果蠅在生物學研究方面有著豐富的歷史，以往研究探索了其不同組織中的表達模式，但缺乏細胞類型分辨率級別的數據庫。近年來單細胞技術的進步使得同時對數千個細胞進行轉錄組分析成為可能，促進了全組織細胞圖譜的創建。然而，現有scRNA-seq數據集來自不同實驗室，是基于不同遺傳背景，不同分離方法以及不同測序平臺產生的，阻礙了跨細胞和組織的基因表達的系統性分析。

該研究通過對果蠅多組織進行單細胞核轉錄組測序后，得到了果蠅細胞圖譜。之后對15個組織進行詳細的細胞注釋，在果蠅頭部，注釋到了81種主要的神經細胞類型，在果蠅的軀體中注釋了最豐富的33種細胞類型。該圖譜還可用于進行相同細胞的跨組織分析，作者通過分析血細胞在整個組織中的表達情況，發現了血細胞中最常見的細胞類型——漿細胞，并未在成蟲血細胞中觀察到葉狀血細胞。通過對肌肉細胞在不同組織類型進行比較，發現它們主要在果蠅軀體、體壁和腿部有特定的富集，并發現內臟肌、骨骼肌、間接飛行肌的分離。

通過轉錄因子分析，找到了500個轉錄因子和細胞類型具有高特異性，繪制了每種細胞類型中特異轉錄因子的表達熱圖。此外，作者還使用SCENIC預測了基于共表達和motif富集的基因調控網絡。通過對廣泛細胞類型或組織的基因進行比較分析，發現了在各種細胞類型中的常見表達基因和特定表達基因。

通過對性別依賴的基因表達和性別特異性組織分析，發現體細胞中的主要性別決定基因doublesex（dsx）的表達在很大程度上不具有性別特異性，而許多其他基因的表達具有性別依賴。作者進一步對精母細胞和精細胞進行軌跡推斷，發現精母細胞期被轉錄的基因數量持續增加，許多強烈上調的基因在任何其他細胞類型中都沒有基本表達。然而，晚期精母細胞顯示了來自許多其他細胞類型的標記基因的表達。

果蠅細胞圖譜：成年果蠅的單核轉錄組圖譜

動物細胞圖譜分析繪制案例：食蟹猴

中文標題：食蟹猴單細胞轉錄組和調控組參考圖譜

英文標題：A reference single-cell regulomic and transcriptomic map of cynomolgus monkeys

期刊：Nature comuiations?[IF: 17.694]?2022.07.13

DOI：10.1038/s41467-022-31770-x

實驗設計

實驗材料：成年食蟹猴

實驗方法：選取16個器官（心、肝、脾、肺、腎、胃、結腸、肌肉、氣管、主動脈、脂肪、膀胱、舌頭、乳腺、子宮和睪丸）

測序策略：10x Genomics單細胞轉錄組測序（scRNA-seq）和單細胞染色質開放性測序（scATAC-seq）

研究內容

非人類靈長類動物（Non-human primates）在系統發育上與人類非常接近，在遺傳、器官發育、生理功能、病理反應和生化代謝等諸多方面表現出與人類相似的特征，是生物醫學研究和藥物開發的理想實驗動物模型。其中，最為典型的代表當屬食蟹猴。系統評估食蟹猴等非人靈長類動物模型與人類的細胞組成差異、器官異質性和基因表達時空特異性等在基礎研究中具有十分重要的價值。

該研究對成年食蟹猴的16個代表性器官進行單細胞轉錄組測序和單細胞染色質開放性測序，構建了食蟹猴多器官的單細胞多組學參考圖譜，將25萬個細胞進行 t-SNE降維聚類得到40余種不同的細胞亞群。

通過對該細胞圖譜進行分析，鑒定到了新的細胞類型。為了解析上皮細胞異質性，作者提取上皮細胞并進行亞群聚類分析。根據marker基因的獨特表達模式，分析鑒定出14個上皮細胞簇，包括基底細胞、分泌細胞、纖毛細胞和非纖毛細胞。纖毛上皮細胞在各種組織中都占很大比例，為了探索纖毛上皮細胞亞型的發育和功能動態，作者選用纖毛上皮細胞相對較多的器官，使用Monocle和RNA速度分析對纖毛上皮細胞進行軌跡分析，觀察到纖毛細胞從祖細胞狀態向成熟狀態分化的過程，沿著擬時間高表達的基因在與代謝過程、細胞對刺激的反應和防御反應相關的基因本體(GO)術語中順序富集。

使用CellPhoneDB細胞通訊分析，發現基質細胞、上皮細胞和髓系細胞之間存在強烈的細胞間相互作用。通常，細胞間相互作用的強度和模式是器官特異性的。為了重新繪制調節細胞-細胞相互作用的分子相互作用，作者在不同器官的特定細胞亞群中繪制了配體-受體對，揭示了猴子各種器官細胞間通信的潛在分子機制。

結合表達譜和染色質開放性數據，作者分析預測了控制不同細胞類型基因表達模式的關鍵調控子。發現SPIB、POU2F2、SPI1、CEBPD和IRF4是髓系細胞中的關鍵調控子；而FEV具有調節造血干細胞的潛能，該轉錄因子廣泛參與對免疫細胞和上皮細胞的基因表達調控。大多數順式調控元件(CREs或ATAC峰)來自啟動子、內含子或遠端基因間調控區。在scATAC-seq數據中預測了9種細胞類型，在RNA簇中發現了兩種罕見的細胞類型，單核細胞和循環B細胞，但在ATAC簇中沒有發現。總之，本文中的scATAC-seq數據為無偏見地發現食蟹猴的細胞類型和調控DNA元件提供了豐富的資源。

最后，作者進行了跨物種比較分析，通過整合分析器官匹配的單細胞轉錄組數據，探討了人、食蟹猴和小鼠三個物種之間的細胞組成和基因表達特異性。猴子和人類在同源基因表達方面表現出明顯高于其他比較的細胞類型相似性。其中，免疫細胞相較于非免疫細胞，人類和猴子之間的基因表達具有更高的相似性。間質細胞在人鼠和猴鼠比較中表現出最高的相似性。這些發現表明，猴子在免疫系統中與人類具有高度相似的轉錄程序，因此可能為研究對癌癥或新冠病毒COVID-19等疾病的免疫反應提供理想的模型。

食蟹猴多器官單細胞多組學參考圖譜構建與分析

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