单细胞测序研究——肺脏篇

肺是人体的呼吸器官，也是人体重要的造血器官，位于胸腔，左右各一，覆盖于心脏之上。肺组织可分为实质组织（支气管及肺泡）和间质组织（结缔组织、血管、淋巴管、神经等），其复杂结构能使吸入的空气和循环的血液之间进行气体交换。作为人体表面积最大的器官(约70m²)，肺部经常暴露在过多的环境污染中。气管将氧气从外界输送到远端交换气体的肺泡中，是肺部主要疾病的根源，包括哮喘、慢性阻塞性肺病和囊性肺纤维化等。肺癌也是死亡率较高的癌症之一，其最常见的亚型是肺腺癌。侵袭性的小细胞肺癌预后也通常较差。

肺部不同疾病的异质性是否也反映了沿着肺支气管分支的细胞异质性？肺部固有的适应性免疫细胞特化集合如何抵抗感染？不同癌症亚型是否与特定的疾病阶段、转移潜能或免疫微环境有关，以及亚型之间是否有可塑性？单细胞RNA测序通过剖析肺部细胞结构、肺癌及其肿瘤微环境的内部异质性，为解决这些问题提供了一个独特的机会。本文对部分将单细胞测序技术应用于探索肺气道组织结构和谱系关系、衰老对肺免疫功能的影响、呼吸衰竭患者体内病毒对肺组织水平上的宿主反应、肺实性结节的多细胞生态系统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。

肺部分实性结节不同放射组分的多细胞生态系统

研究目的：利用单细胞RNA测序确定肺肿瘤微环境及和不同放射表型的恶性细胞转录特征

样本信息：人类肺组织

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）

捕获细胞数：46,322个细胞（36,110髓样细胞+10,212内皮细胞）

结论：毛玻璃成分的细胞形态与正常组织明显不同，与固体成分相似。然而，这些成分中的恶性细胞和免疫细胞的重要信号通路存在转录差异。与毛玻璃成分相比，固体成分中的恶性细胞的血管生成、上皮间质转化、KRAS、p53和细胞周期信号通路显著上调。肿瘤微环境固体成分中，髓样细胞和NK细胞的相对丰度往往高于毛玻璃成分。

人肺泡2型上皮细胞转分化为化生KRT5基底细胞

研究目的：利用单细胞RNA测序确定人肺泡2型细胞（hAEC2s）的转化轨迹

样本信息：人和小鼠肺组织

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）

捕获细胞数：NA

结论：人肺泡2型细胞与小鼠AEC2s不同，在体外和体内，通过响应肺间质中的纤维化信号，转分化为基底细胞。类器官中的转化生长因子-β1和抗骨形态发生蛋白信号传导促进了转分化。hAEC2通过肺泡基底中间产物转分化为基底细胞，这些中间产物在病理性CTHRC1/TGFB1成纤维细胞附近聚集。

慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者肺泡生态位的特征

研究目的：利用单细胞RNA测序确定COPD肺泡生态位的特征

样本信息：人类肺组织（COPD患者和对照组）

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）

捕获细胞数：111540个细胞（COPD患者61,564个，对照组49,976个）

结论：肺泡上皮II型细胞亚群的转录证据表明COPD患者细胞代谢异常，细胞应激耐受性降低。通过转录组网络分析发现，COPD患者毛细血管内皮细胞炎症通过增加CXCL -motif趋化因子信号传导。晚期COPD中富含高表达金属硫蛋白的巨噬细胞亚群。

人类小细胞肺癌图谱的可塑性、转移和免疫抑制的特征

研究目的：利用单细胞RNA测序确定人小细胞肺癌不同亚型肿瘤及其相关微环境的异质性

样本信息：人类肺组织（肺癌患者）

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）

捕获细胞数：155,098个细胞

结论：在典型亚型、中间亚型和混合亚型的驱动下，小细胞肺癌（SCLC）的肿瘤多样性高于肺腺癌。一种PLCG2高的SCLC表型具有干细胞样、易转移的特征，可在不同亚型间复发。与肺腺癌相比，SCLC表现出更大的免疫隔离和更少的免疫浸润，SCLC-N表现出比SCLC-A更少的免疫浸润和更大的T细胞功能障碍。

单细胞RNA测序破译人肺腺癌细胞系规范

研究目的：利用单细胞RNA测序探索肺腺癌（LUAD）发展过程中的细胞异质性

样本信息：人肺组织（肺腺癌患者）

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）

捕获细胞数：2684,718个细胞

结论：检测到一组与非典型腺瘤性增生期间出现的肺泡2型细胞（AT2）非常相似的细胞，随着LUAD的进展，其转录谱开始与AT2细胞的转录谱发生差异，呈现出干细胞样细胞的特征。与能量代谢和核糖体合成相关的基因在LUAD的早期阶段上调，并可能促进癌症进展。MDK和TIMP1可能是了解LUAD发病机制的潜在生物标志物。

 COVID-19患者肺部单细胞转录组图

研究目的：利用单细胞RNA测序确定COVID-19患者肺部单细胞转录组图谱

样本信息：人类肺组织（COVID-19患者）

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）

捕获细胞数：约9,000个细胞

结论：揭示了不同肺部和浸润性免疫细胞群中与SARS-CoV-2感染相关的病理特征的分子基础；报告了超炎症、肺泡上皮细胞衰竭、血管改变和纤维化的分子指纹，并确定肺实质衰老为COVID-19病理的分子状态。FXO3A抑制是成纤维细胞与COVID-19肺纤维化相关的肌成纤维细胞转化的潜在机制。

致命COVID-19的分子单细胞肺图谱

研究目的：利用单细胞RNA测序确定致命COVID-19的分子单细胞肺图谱

样本信息：人类肺组织（COVID-19患者）

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）

捕获细胞数：约116,000个细胞

结论：COVID-19个体的肺呈现高度炎症，具有异常活化的单核细胞来源的巨噬细胞和肺泡巨噬细胞的浸润，但T细胞应答受损。单核细胞/巨噬细胞源性白细胞介素-1β和上皮细胞源性白细胞介素-6是SARS-CoV-2感染与其他病毒和细菌来源肺炎相比的独特特征。CTHRC1病理成纤维细胞的扩张导致了COVID-19患者中随后迅速发生的肺纤维化。

来自单细胞RNA测序的人类肺部分子细胞图谱

研究目的：利用单细胞RNA测序确定人类肺部分子细胞图谱

样本信息：人类肺组织

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）

捕获细胞数：约75,000个细胞

结论：定义了人类肺部58个细胞群的基因表达谱和解剖位置，包括45个已知细胞类型中的41个和14个未知细胞类型，确定了肺细胞的生化功能和转录因子及其标记物；定义了循环激素的目标细胞群，并识别出直接受肺部疾病基因和呼吸道病毒影响的细胞类型。通过比较人类和小鼠的数据，揭示了细胞类型和细胞类型特异性基因表达在器官进化过程中的广泛可塑性，包括细胞类型之间的表达切换。

人类肺纤维化的单细胞转录组学分析

研究目的：利用单细胞RNA测序揭示肺纤维化期间单个细胞群内的变化

样本信息：人类肺组织（肺纤维化患者）

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）

捕获细胞数：76,070个细胞

结论：在肺纤维化患者中发现了一个独特的、新的促纤维化肺泡巨噬细胞群。在上皮细胞内，参与Wnt分泌和反应的基因表达仅限于非重叠细胞。发现了罕见的细胞群，包括气道干细胞和肺纤维化期间出现的衰老细胞。利用肺纤维化的单细胞图谱，证明了肺纤维化患者肺泡巨噬细胞和上皮细胞的异质性。

通过单细胞转录组学和深层蛋白质组学绘制衰老肺图谱

研究目的：通过单细胞转录组学和基于质谱的蛋白质组学来量化细胞活动状态变化

样本信息：小鼠肺组织

测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）

捕获细胞数：14,813个细胞（年轻7672个，衰老7141个）

结论：衰老导致转录噪音增加，表明表观遗传控制解除。通过观察衰老的细胞类型特异性效应，发现2型肺细胞和脂肪成纤维细胞中胆固醇生物合成增加，气道上皮细胞的相对频率改变是肺衰老的标志。蛋白质组学分析显示老年小鼠细胞外基质重塑，包括IV型和XVI型胶原增加，弗雷泽综合征复合蛋白和XIV型胶原减少。