BD Rhapsody AbSeq + WTA + TTA + SMK + FACS Aria II助力白血病研究

单细胞多组学可发现新基因或蛋白marker，推动细胞分化进程的精准鉴定。本文作者用健康志愿者和急性髓细胞白血病（AML）患者的骨髓和血液样本，流式分选目的细胞，结合深入的单细胞多组学分析，全面解析了造血系统基因和蛋白的表达图谱，为AML治疗提供了有力的依据。

1、BD Rhapsody单细胞仪器、试剂盒及分析平台：

2、BD FACS流式细胞仪：

FACS Aria Fusion II cell sorter、FACS Aria Fusion cell sorter、BD LSRII flow cytometer

作者用单细胞多组学方法共鉴定出45种细胞类型，包括难以检测的细胞毒性CD4⁺ T和间充质干细胞等（图1b）。对比仅做mRNA或AbSeq，多组学方法识别到更多细胞类型，有更高的分辨率。

单细胞分析发现，两个健康组样本之间细胞聚类相似，但健康组和AML组之间差异显著，且在AML组内部也有较大差异（图1b）。同时对比了同一个样本的WTA和TTA数据，显示作者设计的462个靶向基因可以覆盖WTA的细胞分型。

作者提供了可“查询”数据，包括对一位健康志愿者的骨髓和血液样本进行TTA+197AbSeq多组学分析得到的非常全面的表达图谱（Ext图4c）、一位健康志愿者骨髓细胞的WTA+97AbSeq允许查询更多基因、用CD34⁺CD38⁻骨髓细胞的97AbSeq以提供更高分辨率的未成熟HSPCs信息以及12位AML患者的单细胞多组学数据。作者开发的AbSeq APP(https://abseqapp.shiny.embl.de/)及匹配介绍视频，允许访问本文资源进行可视化及其差异分析。

基于流式分选鉴定HSCs分化过程的已知surface marker有限，通过对CD34⁺HSPC数据的拟时序分析，确定了HSCs向红细胞、巨核细胞、单核细胞、树突状细胞或B细胞分化轨迹进展相关的表面marker（图2d、3a），比如作为泛分化的marker CD38、分化早期B细胞的marker CD10、分化早期单核细胞的marker CD11c等（图2d、扩展图6a），以及新泛分化marker CD98（图2d）。

此外，作者揭示了可区分不同分化阶段的新表面marker，包括CD326（红细胞相关，图3d-e）、CD11a和Tim3（髓细胞相关），并基于流式index sorting联合Smart-seq2或细胞培养的方法进行了验证（图3b-c）。同时分析了B细胞分化过程中的表面marker动态（扩展图6i）。

作者也详细列出了AbSeq在不同细胞类型、分化阶段、生物学过程中的表达情况（附表、扩展图5），以及对细胞亚群注释的markers清单，这为科研人员对HSPC分化过程鉴定及流式分选marker设计等研究提供了很有力的依据。

为了研究健康衰老过程中的表面蛋白表达，作者比较了年轻和年老的健康个体的骨髓单细胞AbSeq数据，发现其高度相似(图4a)，但受年龄影响，细胞毒性效应CD8⁺ T细胞显著累积、一些免疫调节分子表达出现变化(图4b-c)。这表明在健康衰老过程中，表面蛋白表达的总体模式广泛维持，但有些免疫调节分子的表达发生了显著变化。

对比健康老龄组和AML组AbSeq数据（图4h），发现了CD152和CD274潜在药物靶点，AML骨髓细胞分化进程可能是靶向免疫治疗选择的关键。对来自相同分化阶段的AML和健康细胞进行差异分析，看到了在白血病细胞中特异过表达的markers（图4i）。

基于AML患者之间显示出的巨大差异性，作者深入分析了共15位AML患者的单细胞测序数据（扩展图7b），将细胞投射到“查询”绘制出了白血病细胞的分化阶段(图4d)及细胞积累状态（图4e）、不同marker与不同AML疾病亚型之间的对应（图4g）。

目前分离罕见和特征较差的细胞亚群仍然具有挑战性，作者探索了机器学习方法来定义数据驱动的设门方案，实现更高纯度（图5a）。

Hypergate算法显示细胞毒性T细胞有CD4⁺CD28^-免疫表型，流式分选（图5d）并进行基因表达分析，证实了该群体中细胞毒性基因的表达(图5f)。骨髓间充质干细胞也被同样证实（图5i, k）。

作者描绘了一份涵盖45种细胞亚群人血液和骨髓的图谱，和HSC分化、健康老龄化和白血病阶段的97和197个表面蛋白标记的表达。首次利用单细胞膜表面蛋白-基因表达数据系统地设计和解释流式细胞术实验，最准确地反映了单细胞多组学层面的细胞异质性，将作为血液学和免疫学的重要资源。

Triana S, Vonficht D, Jopp-Saile L, et al. Single-cell proteo-genomic reference maps of the hematopoietic system enable the purification and massive profiling of precisely defined cell states[J]. Nature Immunology.