单细胞联合空间转录组研究细胞互作
kuaidi.ping-jia.net 作者：佚名 更新日期：2024-07-23
多细胞生物的细胞与细胞之间往往会通过细胞因子和膜蛋白等进行细胞互作，从而调节生命活动，保证生命体高效、有序的运作。细胞互作的一种方式为直接接触，互作的细胞在空间上具有相互邻近的特点；另一种方式为借助信号分子如受体-配体来进行细胞间通讯。单细胞联合空间转录组数据可以同时提供单细胞分辨率的基因表达信息及细胞的空间位置信息，因此，基于二者联合的数据进行细胞互作的研究，可以在组织学层面揭示更加清晰的细胞间相互作用，挖掘潜在的发育及疾病机制。
通过空间转录组数据筛选在空间位置上具有邻近关系的细胞，然后基于筛选细胞的单细胞数据进行受体配体互作分析，从而挖掘关键的细胞间通讯，揭示细胞间潜在的互作关系。
1.揭示发育中细胞的相互作用
在发育研究中，可以选择不同发育时间点或者不同亚群研究各类细胞间的互作关系。2022年，bioRxiv预刊上的一篇文章联合了单细胞和空间转录组数据绘制人类发育中的胰腺时空图谱。该研究发现在15孕周时，施万细胞与内分泌祖细胞在空间位置上紧密相邻。单细胞数据受体配体分析发现了施万细胞与内分泌祖细胞互作的多个受体配体对，其中，L1CAM-EPHB2的互作促进β细胞成熟且定位于施万细胞和内分泌祖细胞的交界处。在20 孕周时，施万细胞不再与内分泌祖细胞或其他内分泌细胞在空间上共定位，表明施万细胞和内分泌祖细胞的互作参与了早期的胰腺发育过程。
2.挖掘肿瘤潜在的免疫作用机制
在肿瘤免疫机制研究中，可以通过细胞互作挖掘与免疫细胞发生相互作用的细胞类型，进一步分析其在肿瘤免疫中的作用机制。2021年，发表在Nature Genetics上的一篇文章联合了单细胞和空间转录组数据绘制乳腺癌精细图谱。该研究发现炎症样-肿瘤相关成纤维细胞（iCAFs）与多个淋巴细胞群体共定位，包括记忆/naive B细胞和CD4+/CD8+T细胞；肌纤维样-肿瘤相关成纤维细胞与CD8+T细胞共定位。单细胞数据受体配体分析进一步研究肿瘤相关成纤维细胞与淋巴细胞之间的相互作用，发现iCAF配体和T细胞受体富集，包括趋化因子（CXCL14-CXCR4等）、补体途径、转化生长因子和淋巴细胞抑制/激活分子（LTB-CD40等），表明了肿瘤相关成纤维细胞与免疫细胞在乳腺癌中的免疫作用机制。
此外，可以通过单细胞转录组受体配体分析来挖掘具有潜在细胞间相互作用的细胞类型，然后基于空间转录组数据对相应的细胞类型进行空间定位，进一步验证细胞间的互作关系。
1.探索胚胎干细胞与微环境之间的相互作用
在胚胎发育研究中，可以通过细胞互作探索发育相关细胞类型之间的相互作用，分析胚胎发育机制。2021年，发表在Cell Research上的一篇文章联合了单细胞和空间转录组数据研究小鼠胎肝（造血干细胞与多能祖细胞）HSCs/MPPs的扩增功能。该研究通过单细胞数据受体配体分析发现，在胚胎发育过程中，HSC与巨噬细胞间富集与HSC/MPP 发育相关的受体配体对。如：细胞生长相关（FLT1-VEGFB等）、细胞因子识别（CCL3-IDE等）和Notch 信号（CCL4-SLC7A1等）。空间转录组数据进一步验证发现HSC细胞与巨噬细胞在空间上共定位，表明胚胎造血干细胞与巨噬细胞的互作参与了胚胎发育。
参考文献
[1] Oladapo E O, Ulrich K, Shichina K, et al. Single cell transcriptomic and spatial landscapes of the developing human pancreas. BioRxiv, 2022.
[2] Sunny Z W, Ghamdan A E, Daniel L, et al. A single-cell and spatially resolved atlas of human breast cancers[J]. Nature Genetics, 2021, 53(9):1334-1347.
[3] Gao S, Shi Q, Zhang Y, et al. Identification of HSC/MPP expansion units in fetal liver by single-cell spatiotemporal transcriptomics[J]. Cell Research, 2022, 32(1):38-53.
单细胞联合空间转录组研究细胞互作
答：单细胞联合空间转录组数据可以同时提供单细胞分辨率的基因表达信息及细胞的空间位置信息，因此，基于二者联合的数据进行细胞互作的研究，可以在组织学层面揭示更加清晰的细胞间相互作用，挖掘潜在的发育及疾病机制。通过空间转录组数据筛选在空间位置上具有邻近关系的细胞，然后基于筛选细胞的单细胞数据进行受体配体...
Nature综述:单细胞和空间转录组的数据整合
答：空间转录结合单细胞，可应用于对组织内稳态，组织发育，疾病微环境，肿瘤和免疫细胞组织的微环境中，不同类型的细胞如何在空间互作的研究。该类研究的步骤是，先对不同类型的细胞测序后进行聚类，之后通过空间标记及染色切片，拿到空间的转录信息，之后对空间中的每个方格进行细胞类型判别，得出图d中，两种...
单细胞+空间转录组,这套思路够你用到2022!
答：如果说单细胞技术是热门,那空间转录组就是黑马,10x Visium 技术一经问世,便备受瞩目。空间转录组避免了组织中细胞位置信息丢失的现象,可以观测到组织中不同区域细胞构成和原始基因表达,直接获取不同功能区域的差异基因表达信息。 如果说 09~19 年是单细胞技术黄金十年的话,那么接下来 5 年一定是空间转录组的天下。
10X空间转录组和10X单细胞数据联合分析方法汇总
答：使用单细胞数据对空间转录组数据中的细胞进行类型注释。这可以通过比较空间数据中的基因表达模式与已知单细胞类型的表达模式来实现。3.功能富集分析:结合单细胞表型和空间位置,使用GO或KEGG进行功能注释,揭示不同组织区域内细胞的功能特征。4.伪时间分析:结合单细胞数据中的伪时间轨迹分析与空间数据,揭示细胞在不同组织...
文献解读|单细胞联合空间转录组测序揭示脑神经炎性星形胶质细胞亚型
答：通过对约80,000个星形胶质细胞进行单细胞转录组测序，发现炎症引起了广泛的反应，亚型星形胶质细胞经历了不同的炎症转变，并具有明确的转录组特征。利用空间转录组学和原位杂交技术，研究团队将炎症诱导的反应性星形胶质细胞的关键亚状态定位于大脑区域。这些数据集为分析星形胶质细胞异质性提供了强大的资源，...
单细胞分析之细胞交互-5:NicheNet多组间互作比较
答：限空间转录组数据 在这一步中，我们将要预测不同niches中receiver细胞类型的每个配体的活性。（和常规NicheNet的配体活性分析类似）。 为了计算配体活性，我们首先需要在每个niche中分别定义一个感兴趣的基因集。在这个示例中，pEMT-high的基因集是和pEMT-low肿瘤相比，pEMT-high中的上调基因。pEMT-low的...
10X单细胞(10X空间转录组)细胞通讯分析联合大全
答：LIANA（LIgand-receptor AAnalysis frAmework）是一个框架，能够使用不同的资源和方法对来自单细胞转录组学的配体-受体相互作用进行优先排序。 它允许用户系统地生成关于来自给定细胞类型的哪些配体与另一种细胞类型的受体结合的假设。 与 LIANA 相比，NicheNet 旨在深化将配体与一组转录靶标连接起来的细胞内...
技术前沿 | CellTrek:结合空间和单细胞转录组数据分析空间结构
答：对小鼠肾脏及大脑等数据集的测试证明了CellTrek可以精确地映射不同组织类型的单个细胞，以解析它们的空间结构。研究背景 近年来，单细胞转录组测序技术（scRNA-seq）和空间转录组（ST）技术的出现加深了人们对细胞异质性、不同细胞类型的基因表达程序的理解。但scRNA-seq、ST技术在使用时都存在局限性，scRNA...
研究进展 | 当乳腺癌遇上单细胞测序技术(上)
答：1.样本选取 26例原发乳腺癌（11例ER+，5例HER2+和10例TNBC）进行sc RNA-seq；6例乳腺癌（2例ER+，4例TNBC）进行空间转录组测序；4例乳腺癌（1例luminal，1例HER2+和2例TNBC）进行CITE-seq。2.肿瘤亚型 ER+，HER2+和TNBC。3.研究思路 4.主要结论 本文结合单细胞RNA测序、空间转录组测序构建...
学术动态 | 单细胞和空间技术是如何推动乳腺癌研究的?
答：01 创建图谱：以单细胞、空间分辨率绘制人类乳腺癌 在第一项研究“人类乳腺癌的单细胞和空间解析图谱”中[2]，由加文医学研究所的Sunny Wu博士带领的研究人员使用Chromium Single Cell Gene Expression以及Visium Spatial Gene Expression来创建具有空间分辨率的乳腺癌单细胞转录组图谱。对26个原发肿瘤进行单...
通过空间转录组数据筛选在空间位置上具有邻近关系的细胞，然后基于筛选细胞的单细胞数据进行受体配体互作分析，从而挖掘关键的细胞间通讯，揭示细胞间潜在的互作关系。
1.揭示发育中细胞的相互作用
在发育研究中，可以选择不同发育时间点或者不同亚群研究各类细胞间的互作关系。2022年，bioRxiv预刊上的一篇文章联合了单细胞和空间转录组数据绘制人类发育中的胰腺时空图谱。该研究发现在15孕周时，施万细胞与内分泌祖细胞在空间位置上紧密相邻。单细胞数据受体配体分析发现了施万细胞与内分泌祖细胞互作的多个受体配体对，其中，L1CAM-EPHB2的互作促进β细胞成熟且定位于施万细胞和内分泌祖细胞的交界处。在20 孕周时，施万细胞不再与内分泌祖细胞或其他内分泌细胞在空间上共定位，表明施万细胞和内分泌祖细胞的互作参与了早期的胰腺发育过程。
2.挖掘肿瘤潜在的免疫作用机制
在肿瘤免疫机制研究中，可以通过细胞互作挖掘与免疫细胞发生相互作用的细胞类型，进一步分析其在肿瘤免疫中的作用机制。2021年，发表在Nature Genetics上的一篇文章联合了单细胞和空间转录组数据绘制乳腺癌精细图谱。该研究发现炎症样-肿瘤相关成纤维细胞（iCAFs）与多个淋巴细胞群体共定位，包括记忆/naive B细胞和CD4+/CD8+T细胞；肌纤维样-肿瘤相关成纤维细胞与CD8+T细胞共定位。单细胞数据受体配体分析进一步研究肿瘤相关成纤维细胞与淋巴细胞之间的相互作用，发现iCAF配体和T细胞受体富集，包括趋化因子（CXCL14-CXCR4等）、补体途径、转化生长因子和淋巴细胞抑制/激活分子（LTB-CD40等），表明了肿瘤相关成纤维细胞与免疫细胞在乳腺癌中的免疫作用机制。
此外，可以通过单细胞转录组受体配体分析来挖掘具有潜在细胞间相互作用的细胞类型，然后基于空间转录组数据对相应的细胞类型进行空间定位，进一步验证细胞间的互作关系。
1.探索胚胎干细胞与微环境之间的相互作用
在胚胎发育研究中，可以通过细胞互作探索发育相关细胞类型之间的相互作用，分析胚胎发育机制。2021年，发表在Cell Research上的一篇文章联合了单细胞和空间转录组数据研究小鼠胎肝（造血干细胞与多能祖细胞）HSCs/MPPs的扩增功能。该研究通过单细胞数据受体配体分析发现，在胚胎发育过程中，HSC与巨噬细胞间富集与HSC/MPP 发育相关的受体配体对。如：细胞生长相关（FLT1-VEGFB等）、细胞因子识别（CCL3-IDE等）和Notch 信号（CCL4-SLC7A1等）。空间转录组数据进一步验证发现HSC细胞与巨噬细胞在空间上共定位，表明胚胎造血干细胞与巨噬细胞的互作参与了胚胎发育。
参考文献
[1] Oladapo E O, Ulrich K, Shichina K, et al. Single cell transcriptomic and spatial landscapes of the developing human pancreas. BioRxiv, 2022.
[2] Sunny Z W, Ghamdan A E, Daniel L, et al. A single-cell and spatially resolved atlas of human breast cancers[J]. Nature Genetics, 2021, 53(9):1334-1347.
[3] Gao S, Shi Q, Zhang Y, et al. Identification of HSC/MPP expansion units in fetal liver by single-cell spatiotemporal transcriptomics[J]. Cell Research, 2022, 32(1):38-53.
答：单细胞联合空间转录组数据可以同时提供单细胞分辨率的基因表达信息及细胞的空间位置信息，因此，基于二者联合的数据进行细胞互作的研究，可以在组织学层面揭示更加清晰的细胞间相互作用，挖掘潜在的发育及疾病机制。通过空间转录组数据筛选在空间位置上具有邻近关系的细胞，然后基于筛选细胞的单细胞数据进行受体配体...
答：空间转录结合单细胞，可应用于对组织内稳态，组织发育，疾病微环境，肿瘤和免疫细胞组织的微环境中，不同类型的细胞如何在空间互作的研究。该类研究的步骤是，先对不同类型的细胞测序后进行聚类，之后通过空间标记及染色切片，拿到空间的转录信息，之后对空间中的每个方格进行细胞类型判别，得出图d中，两种...
答：如果说单细胞技术是热门,那空间转录组就是黑马,10x Visium 技术一经问世,便备受瞩目。空间转录组避免了组织中细胞位置信息丢失的现象,可以观测到组织中不同区域细胞构成和原始基因表达,直接获取不同功能区域的差异基因表达信息。 如果说 09~19 年是单细胞技术黄金十年的话,那么接下来 5 年一定是空间转录组的天下。
答：使用单细胞数据对空间转录组数据中的细胞进行类型注释。这可以通过比较空间数据中的基因表达模式与已知单细胞类型的表达模式来实现。3.功能富集分析:结合单细胞表型和空间位置,使用GO或KEGG进行功能注释,揭示不同组织区域内细胞的功能特征。4.伪时间分析:结合单细胞数据中的伪时间轨迹分析与空间数据,揭示细胞在不同组织...
答：通过对约80,000个星形胶质细胞进行单细胞转录组测序，发现炎症引起了广泛的反应，亚型星形胶质细胞经历了不同的炎症转变，并具有明确的转录组特征。利用空间转录组学和原位杂交技术，研究团队将炎症诱导的反应性星形胶质细胞的关键亚状态定位于大脑区域。这些数据集为分析星形胶质细胞异质性提供了强大的资源，...
答：限空间转录组数据 在这一步中，我们将要预测不同niches中receiver细胞类型的每个配体的活性。（和常规NicheNet的配体活性分析类似）。 为了计算配体活性，我们首先需要在每个niche中分别定义一个感兴趣的基因集。在这个示例中，pEMT-high的基因集是和pEMT-low肿瘤相比，pEMT-high中的上调基因。pEMT-low的...
答：LIANA（LIgand-receptor AAnalysis frAmework）是一个框架，能够使用不同的资源和方法对来自单细胞转录组学的配体-受体相互作用进行优先排序。 它允许用户系统地生成关于来自给定细胞类型的哪些配体与另一种细胞类型的受体结合的假设。 与 LIANA 相比，NicheNet 旨在深化将配体与一组转录靶标连接起来的细胞内...
答：对小鼠肾脏及大脑等数据集的测试证明了CellTrek可以精确地映射不同组织类型的单个细胞，以解析它们的空间结构。研究背景 近年来，单细胞转录组测序技术（scRNA-seq）和空间转录组（ST）技术的出现加深了人们对细胞异质性、不同细胞类型的基因表达程序的理解。但scRNA-seq、ST技术在使用时都存在局限性，scRNA...
答：1.样本选取 26例原发乳腺癌（11例ER+，5例HER2+和10例TNBC）进行sc RNA-seq；6例乳腺癌（2例ER+，4例TNBC）进行空间转录组测序；4例乳腺癌（1例luminal，1例HER2+和2例TNBC）进行CITE-seq。2.肿瘤亚型 ER+，HER2+和TNBC。3.研究思路 4.主要结论 本文结合单细胞RNA测序、空间转录组测序构建...
答：01 创建图谱：以单细胞、空间分辨率绘制人类乳腺癌 在第一项研究“人类乳腺癌的单细胞和空间解析图谱”中[2]，由加文医学研究所的Sunny Wu博士带领的研究人员使用Chromium Single Cell Gene Expression以及Visium Spatial Gene Expression来创建具有空间分辨率的乳腺癌单细胞转录组图谱。对26个原发肿瘤进行单...
