外泌體(30~150nm大小)是活細(xì)胞分泌的最小類型的細(xì)胞外囊泡(為30~1000nm)，通過所有體液的循環(huán)系統(tǒng)惰聂，如血液城侧、尿液和眼淚易遣，作為細(xì)胞間的信使。體液外泌體的來源混雜嫌佑，可以是任何組織和細(xì)胞分泌的外泌體然后經(jīng)體液循環(huán)進(jìn)入豆茫。
其中，尿外泌體可以反映病理生理學(xué)屋摇，并為腎相關(guān)功能障礙提供生物學(xué)理解揩魂，是泌尿系統(tǒng)癌癥很有前途的生物標(biāo)志物來源。
尿外泌體和泌尿/非泌尿器官或細(xì)胞之間的遺傳網(wǎng)絡(luò)仍不清楚摊册，本文旨在對尿外泌體bulk RNA-Seq數(shù)據(jù)進(jìn)行組織和細(xì)胞類型溯源肤京，為外泌體應(yīng)用于疾病診斷和治療提供重要理論依據(jù)。
本次介紹的文獻(xiàn)信息如下：
- 標(biāo)題：The genetic source tracking of human urinary exosomes
- DOI(url): https://doi.org/10.1073/pnas.2108876118
- 日期及雜志：PNAS October 26, 2021
- 作者及單位：溫州醫(yī)科大學(xué) 蘇建忠教授團(tuán)隊(duì)
文獻(xiàn)概述
在我們的體液中茅特，納米級細(xì)胞外囊泡的遺傳起源尚不清楚忘分。在這里，我們通過RNA測序?qū)δ蛲饷隗w進(jìn)行了跟蹤分析白修，發(fā)現(xiàn)尿外泌體主要表達(dá)膀胱的組織特異性基因妒峦，并與內(nèi)皮細(xì)胞、基底細(xì)胞兵睛、單核細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞有密切的細(xì)胞遺傳關(guān)系肯骇。對癌癥的差異表達(dá)基因進(jìn)行追蹤和相應(yīng)的富集分析顯示，尿外泌體密切參與免疫活動祖很，這表明它們可以作為癌癥基因組診斷和精確醫(yī)學(xué)中非侵入性液體活檢的可靠生物標(biāo)志物笛丙。
主要結(jié)果
結(jié)果1—尿液外泌體溯源分析：組織類型溯源
數(shù)據(jù)情況：
- 116個尿液外泌體樣本：lncRNA文庫測序 Dataset S1
- 11個組織特異marker數(shù)據(jù)：TissGDB http://zhaobioinfo.org/TissGDB
- 組織 signature matrix：GTEx數(shù)據(jù)庫
CIBERSORT去卷積分析：尿液中的外泌體主要由膀胱組織分泌，這可能是由于膀胱是儲存尿液的地方假颇。
ssGSEA：觀察到腎和胃的TSG在膀胱癌和對照樣本中有差異表達(dá)(圖1B)胚鸯；相比之下，膀胱笨鸡、肺姜钳、腦和肝臟的TSG在腎癌樣本及其對照組中存在差異表達(dá)Fig. 1C坦冠。
結(jié)果2—尿液外泌體溯源分析：細(xì)胞類型溯源
細(xì)胞類型signature matrix：
來自于 HCL，human cell landscape (HCL, http://bis.zju.edu.cn/HCL/)的單細(xì)胞數(shù)據(jù)和markers哥桥，主要包括腎臟的16種細(xì)胞類型與膀胱的16種細(xì)胞類型
CIBERSORT：構(gòu)建了一個細(xì)胞類型矩陣辙浑，并研究了外泌體的細(xì)胞水平來源(Fig. 1D)：
- 內(nèi)皮細(xì)胞和基底細(xì)胞是兩種主要來源，可能是因?yàn)樗鼈兣c膀胱和尿道系統(tǒng)密切相關(guān)
- 單核細(xì)胞拟糕、樹突狀細(xì)胞和B細(xì)胞等免疫細(xì)胞表現(xiàn)出相對較高的基因表達(dá)水平：尿中的外泌體強(qiáng)烈參與免疫活動判呕，這可能為通過人類尿液中存在的外泌體來評估免疫功能提供了一種潛在的方法
結(jié)果3—癌癥中差異表達(dá)基因(DEGs)的來源
bulk RNA-seq分析通常通過識別DEGs來比較不同條件下的轉(zhuǎn)錄本豐度。當(dāng)整個組織的RNA-seq(bulk RNA-seq)完成時(shí)已卸，確定基因表達(dá)的變化在多大程度上是由于細(xì)胞類型比例的變化通常是一個挑戰(zhàn)佛玄。而這一挑戰(zhàn)可以通過單細(xì)胞RNA-seq(scRNA-seq)方法來解決。bulk RNA-seq通過去卷積分析累澡，可以估計(jì)細(xì)胞類型比例的變化梦抢。
下面這張圖展示了細(xì)胞類型的特異性和細(xì)胞類型的比例如何導(dǎo)致基因差異表達(dá)(DEG)：
在上圖中，形狀表示細(xì)胞類型愧哟，每個形狀的數(shù)量表示相對的細(xì)胞類型比例奥吩。顏色代差異分組。點(diǎn)代表每個細(xì)胞內(nèi)基因表達(dá)水平蕊梧。
- 圖A：在不同條件下霞赫，所有細(xì)胞類型中基因表達(dá)加倍
- 圖B：僅在數(shù)量多(細(xì)胞數(shù)量最多)的（正方形）細(xì)胞類型中才有差異表達(dá)的基因
- 圖C：僅在最罕見(細(xì)胞數(shù)量最少)的（六邊形）細(xì)胞類型中才有差異表達(dá)的基因，該基因可能無法在bulk RNAseq中被檢測到差異表達(dá)
- 圖D：細(xì)胞類型特異性DEG的例子肥矢，其中基因在(細(xì)胞數(shù)量比較多)（方形）細(xì)胞類型中差異表達(dá)
- 圖E：一個高度細(xì)胞類型特異性的DEG的例子端衰，其中該基因在罕見的（六邊形）細(xì)胞類型中有差異表達(dá)，該基因仍可被檢測為差異表達(dá)
- 圖F：細(xì)胞類型特異性基因的例子甘改，盡管在不同條件下細(xì)胞類型比例有變化旅东，但表達(dá)水平?jīng)]有變化。該基因可以在傳統(tǒng)的bulk rna-seq分析中被檢測為差異表達(dá)
因此十艾，作者研究了癌癥的差異表達(dá)基因(DEGs)的來源：哪些來自整體(bulk)差異分析的DEGs可能由于特定細(xì)胞類型的表達(dá)變化而出現(xiàn)差異表達(dá)抵代。
使用了一個工具scMappR：分配貢獻(xiàn)DEG的細(xì)胞類型，并確定了cwFoldChange最高的細(xì)胞類型
- 腎癌和膀胱癌：內(nèi)皮細(xì)胞（內(nèi)皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化）忘嫉、中性粒細(xì)胞荤牍、增殖T細(xì)胞和單核細(xì)胞中均觀察到清晰的基因特征集
- 一定數(shù)量的尿外泌體DEGs來自免疫細(xì)胞，在通路水平上具有共同的免疫功能庆冕，反映了尿外泌體在癌癥的起始和進(jìn)展過程中強(qiáng)烈參與免疫活動
結(jié)果4—癌癥的生物標(biāo)志物:DEGs
- 隨機(jī)森林模型：DEGS是否可以作為癌癥的生物標(biāo)志物
- 腎臟或膀胱數(shù)據(jù)集：被隨機(jī)按4：1的比例分為訓(xùn)練集和驗(yàn)證集
- 預(yù)測腎癌marker panel：26個基因
- 預(yù)測膀胱癌marker panel：19個基因
- marker panel：Datasets S5 and S6
腎癌標(biāo)志物中的S100A10和CCAR1康吵，膀胱癌標(biāo)志物中的CD248和MT-ATP已被證明在尿癌中具有促進(jìn)腫瘤的功能
意外發(fā)現(xiàn)：DDX17的表達(dá)水平呈明顯的變化趨勢：肌肉浸潤性膀胱癌 > 非肌肉浸潤性膀胱癌 > DDX17表達(dá)，這可能是由于人類RNA解旋酶DDX17通過調(diào)節(jié)幾種DNA和染色質(zhì)結(jié)合因子的選擇性剪接來促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲性
各組的基因組合可以提高腫瘤樣本與相關(guān)良性疾病樣本的準(zhǔn)確性访递，對這兩種尿路癌的早期診斷具有指導(dǎo)意義
文章主要結(jié)論
主要結(jié)果：
- 在組織和細(xì)胞水平上研究了尿外泌體的遺傳來源晦嵌，發(fā)現(xiàn)膀胱、內(nèi)皮細(xì)胞、基底細(xì)胞耍铜、單核細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞可能密切參與了尿外泌體的形成
- 通過在細(xì)胞水平上跟蹤泌尿系統(tǒng)癌癥的DEG，并分析其富集通路跌前，報(bào)道了泌尿系統(tǒng)外泌體在癌癥發(fā)展過程中密切參與免疫活動棕兼。
- 從外泌體RNA中進(jìn)行進(jìn)一步的生物標(biāo)志物研究，發(fā)現(xiàn)了兩組標(biāo)志物集抵乓，可以區(qū)分癌癥和非癌癥泌尿系統(tǒng)疾病伴挚，AUC值>為89.8%
研究意義：
- 外泌體跟蹤分析可以為分子尿液的診斷和預(yù)后提供一種實(shí)用、無創(chuàng)的方法
文獻(xiàn)中使用的軟件scMappR利用單細(xì)胞數(shù)據(jù)構(gòu)建signature matrix來對bulk RNA-Seq進(jìn)行去卷積分析灾炭，我們下期介紹~~~
