热门技术解读 | 单细胞测序研究——肝脏篇

肝脏是消化系统中最大的消化腺，也是人体内脏里最大的器官。作为消化器官，肝脏参与糖、脂类、蛋白质三大基本物质的代谢，还参与维生素的合成、分解和储存、核酸代谢、激素的生物转化以及胆红素和胆酸的代谢。而作为人体内最大的解毒器官，肝脏不仅可对多种来源的毒物和废物以及对肝脏有毒性的药物等进行解毒并以无害物质的形式分泌到胆汁或血液排出体外，而且还有造血和凝血等作用。

对肝脏细胞及其基因表达谱的全面了解，为多角度理解肝脏及肝癌相关细胞特征提供了极有价值的数据资源，可为各种肝脏相关疾病提供更精确的治疗策略。本文对部分将单细胞测序技术应用于了解肝脏细胞的组成及其免疫微环境、构建大肠癌肝转移的时空免疫景观、探索基因表达和染色质结构的改变如何促进肝细胞向胆道上皮细胞的转变、解析肝细胞癌的转录组表型与遗传异质性等相关文献进行导读，希望为大家的单细胞相关研究带来启发。

单细胞水平下大肠癌肝转移

的时空免疫景观

研究目的：利用单细胞RNA测序和空间转录组测序探索结直肠癌肝转移的免疫图谱

样本信息：未治疗及新辅助化疗结直肠癌患者的结直肠癌(CRC)，邻近结肠，肝转移(LM)，邻近肝，淋巴结(LN)沿结肠，外周血单核细胞(PBMC)

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）+空间转录组测序（Spatial Transcriptomics）

捕获细胞数：79,703个（来自11个未治疗患者）+36,284个（来自5个新辅助化疗进展性/稳定性患者）+62,643个（来自4个新辅助化疗部分反应患者）

结论：转移性微环境经历了免疫抑制细胞如MRC1+，CCL18+，M2样巨噬细胞的显著空间重编程。研究人员进一步开发了一种量化单细胞代谢的计算管道scMetabolism，并观察到这些巨噬细胞具有增强的代谢活性。新辅助化疗可以阻断这种状态，并在反应性患者中恢复抗肿瘤免疫平衡，而非反应性患者则恶化为更具抑制性的状态。

机体的转录和表观遗传变化驱动

肝脏学中的细胞可塑性

研究目的：利用单细胞RNA测序探索与胆道重编程相关的表观遗传和转录变化

样本信息：小鼠肝脏组织

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）

捕获细胞数：18,000多个细胞

结论：肝细胞在胆道重编程过程中发生广泛的染色质和转录变化，导致表观遗传和基因表达谱与天然BECs相似，但又不同。重编程涉及胆汁分子特征的逐渐积累，而不需要离散的中间产物。矛盾的是，通过Smad4的典型TGF-β信号似乎抑制了胆道重编程，这表明TGF-β可以促进或抑制胆道分化，这取决于该通路的下游成分参与。

I型胶原的肿瘤限制可对抗癌症相关

成纤维细胞的肿瘤促进作用

研究目的：利用单细胞RNA测序探索肿瘤相关成纤维细胞(CAF)促进或抑制肿瘤的潜在机制

样本信息：小鼠肝脏组织

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）

捕获细胞数：NA（文章未提供）

结论：肝星状细胞（HSC）是小鼠CAF的主要来源，而HSC的缺失或所有CAF的缺失可降低结直肠和胰腺促结缔组织增生性转移瘤的肿瘤生长和死亡率，但在非结缔组织增生性转移瘤中则无此作用。由肌纤维母细胞CAF-分泌（myCAF-分泌）透明质酸和炎性CAF-分泌（iCAF-分泌）肝细胞生长因子（HGF）介导的直接与肿瘤的相互作用，可作为肿瘤促进机制。这些作用被myCAF表达的I型胶原所抑制，I型胶原通过机械作用抑制肿瘤扩散和生长。

早期复发的肝细胞癌生态系统

的单细胞景观

研究目的：利用单细胞RNA测序探索肝癌原发和复发肿瘤的免疫微生态差异

样本信息：人类肝脏组织

测序策略：SMART-seq2平台，单细胞测序（scRNA-seq）

捕获细胞数：16,498个细胞

结论：在两个独立队列中，与原发肿瘤相比，早期复发肿瘤的调节性T细胞水平降低，树突状细胞(DCs)增加，浸润性CD8+T细胞增加。复发性肿瘤中的CD8+ T细胞过表达KLRB1 (CD161)，并表现出一种天然的低细胞毒性状态，低克隆扩增，与原发性肝癌中观察到的经典衰竭状态不同。这些细胞的富集与较差的预后有关。差异基因表达和相互作用分析揭示了复发性肿瘤细胞潜在的免疫逃避机制，抑制DC抗原呈递并招募先天性CD8+T细胞。

肝损伤后肝窦相关细胞的转录动力学

研究目的：利用单细胞RNA测序探索肝窦细胞损伤纤维化形成过程中细胞转变之间的功能关系

样本信息：小鼠肝脏组织

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）

捕获细胞数：约20,000个细胞

结论：肝星状细胞轨迹的加权基因相关网络分析发现了核心基因，这些基因的表达被证明是非酒精性脂肪性肝炎(NASH)患者晚期纤维化的高度预测因子。在损伤抑制基因模块的核心成员中，鉴定出质膜囊泡相关蛋白(PLVAP)是一种小鼠和人类造血干细胞大量表达的蛋白。PLVAP表达在激活的造血干细胞损伤时被抑制，因此可能定义了迄今为止未知的造血干细胞在慢性肝病微循环交换及其破坏中的作用。

在单细胞水平上探索人肝硬化

的纤维化生态位

研究目的：利用单细胞RNA测序剖析人体器官纤维化的细胞和分子基础

样本信息：人类肝脏组织

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）

捕获细胞数：100,000余个细胞

结论：研究发现了一个疤痕相关的TREM2+CD9+巨噬细胞亚群，该亚群在肝纤维化中扩大，与循环单核细胞不同，并具有促纤维化作用。研究者定义了在肝硬化中扩张的ACKR1+和PLVAP+内皮细胞，它们在肝硬化中扩张，局限于纤维化生态位，并促进白细胞的迁移。疤痕相关巨噬细胞、内皮细胞和PDGFRα+胶原生成间充质细胞之间的配体和受体相互作用的多系模型揭示了疤痕内几个促纤维化通路的活性，包括TNFRSF12A、PDGFR和NOTCH信号。

肿瘤细胞多样性驱动肝癌的微环境重编程

研究目的：利用单细胞RNA测序探索肝癌生态系统的多样化

样本信息：肝癌患者的肝脏组织

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）

捕获细胞数：5,115个细胞

结论：研究人员发现肿瘤内部和之间的恶性细胞存在不同程度的异质性，肿瘤微环境（TME）的景观也不同。转录组多样性较高的肿瘤与患者较差的总体生存率相关。低氧依赖性血管内皮生长因子表达在肿瘤多样性和TME极化之间存在联系。此外，来自异质性较高肿瘤的T细胞显示出较低的溶细胞活性。这些结果提供了对肝癌多样化生态系统及其对患者预后的影响的见解。

解码人类胚胎肝脏造血

研究目的：利用单细胞RNA测序探索人类血液和免疫细胞在发育过程中的组成

样本信息：人类肝脏、皮肤、肾脏和卵黄囊组织

测序策略：SMART-seq2平台，单细胞测序（scRNA-seq）

捕获细胞数：212,979个细胞（138,575个肝脏细胞+54,690个皮肤细胞+9,643个肾脏细胞+10,071个卵黄囊细胞）

结论：研究人员推断造血干细胞和多能祖细胞（HSC / MPP）的分化轨迹，并评估组织微环境对血液和免疫细胞发育的影响，揭示了胎儿皮肤中的生理性红细胞生成以及卵黄囊中肥大细胞、自然杀伤细胞和先天性淋巴细胞前体的存在。证实了妊娠期间胎儿肝脏的造血成分不再以红细胞为主，同时伴随着HSC / MPPs分化潜能的平行变化。该研究绘制的胎儿肝脏造血系统综合图谱为儿科血液和免疫疾病的研究提供了蓝图，并为HSC / MPP的治疗潜力提供了参考。

人类肝脏的单细胞 RNA 测序揭示了不同的肝内巨噬细胞群

研究目的：利用单细胞RNA测序探索组成人类肝脏的细胞及其免疫微环境

样本信息：人类肝脏组织

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）

捕获细胞数：8,444个细胞

结论：利用基因表达模式、流式细胞术和免疫组织化学检测，研究人员鉴定了20个离散的肝细胞、内皮细胞、胆管细胞、肝星状细胞、B细胞、常规和非常规T细胞、NK样细胞以及不同的肝内单核细胞/巨噬细胞群。该研究以单细胞分辨率呈现了人类肝脏的全面视图，概述了肝脏中驻留细胞的特征，并提供了人类肝脏免疫微环境的图谱。

通过单细胞测序揭示肝癌中

浸润性T细胞的景观

研究目的：利用单细胞RNA测序探索肝癌微环境中的免疫图谱，揭示肿瘤中的T细胞和其他部位T细胞的差异

样本信息：人类肝脏组织、外周血

测序策略：SMART-seq2平台，单细胞测序（scRNA-seq）

捕获细胞数：5,063个细胞

结论：根据单细胞转录谱，结合T细胞受体（TCR）序列，根据其分子和功能特性确定了11个T细胞亚群。在肝细胞癌（HCC）中，特定亚群如耗竭性CD8+T细胞和Treg优先富集并可能克隆扩增，研究人员确定了每个亚群的特征基因。其中一个基因Layilin在激活的CD8+T细胞和Treg上上调，并在体外抑制CD8+T细胞功能，可能作为一个免疫疗法的新靶点。该研究提供了极有价值的数据资源，为多角度理解肝癌相关的免疫特征奠定了基础。