Review of Single-Cell RNA Sequencing in the Heart

導(dǎo)讀：單細(xì)胞RNA測序(scRNA-seq)技術(shù)是一種強大的稚补，快速發(fā)展的工具，用于表征單個細(xì)胞和闡明細(xì)胞水平的生物學(xué)機制框喳。心血管疾病是世界范圍內(nèi)的主要死亡原因之一课幕，其確切的病理機制尚不清楚。scRNA-seq為健康和病態(tài)心臟提供了許多新的見解五垮。在這篇綜述中乍惊，研究人員總結(jié)了各種scRNA-seq平臺，并描述了通過scRNA-seq分析揭示的心血管發(fā)展和疾病的分子機制放仗。接著润绎，研究人員描述了scRNA-seq的最新技術(shù)進(jìn)展。最后討論了如何利用scRNA-seq技術(shù)將基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)化為臨床醫(yī)學(xué)诞挨。

論文ID

原名：Review of Single-Cell RNA Sequencing in the Heart

譯名：單細(xì)胞RNA測序在心臟中的綜述

期刊：Int. J. Mol. Sci

IF：4.556

發(fā)表時間：20201106

通訊研究人員：Seitaro Nomura

通訊研究人員單位：東京大學(xué)醫(yī)學(xué)院心血管醫(yī)學(xué)系

DOI號：10.3390/ijms21218345

實驗設(shè)計

介紹

下圖總結(jié)了本文的內(nèi)容莉撇。作者首先介紹適用于每種細(xì)胞類型的scRNA-seq平臺。接下來惶傻，作者描述了scRNA-seq分析揭示的心血管發(fā)展和疾病的分子機制棍郎。然后，作者介紹了scRNA-seq的最新技術(shù)進(jìn)展银室。最后涂佃，作者討論了如何利用scRNA-seq將基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)化為臨床醫(yī)學(xué)

結(jié)果

2.1針對小細(xì)胞的平臺

IFC（整合液體循環(huán)）

分選細(xì)胞進(jìn)入腔室in a more automated manner. Cells are automatically lysed, and cDNA libraries are quickly prepared for sequencing. IFC captures cells less than?25 μm in diameter and processes up to?800 cells.?FACS and IFC are?platebased platforms,?and thus the number of cells that can be sorted and analyzed is limit

Both Drop-seq [5] and Chromium (10× Genomics), which is a commercial droplet-based platform allow for the rapid profiling of thousands of individual cells by encapsulating them in tiny droplets, adding barcodes to each cell’s RNAs, and sequencing?them together. a microflfluidics device to perform droplet separation; therefore, the size of cells that can be analyzed is generally?less than 30 μm in diameter.（所以成年心肌細(xì)胞用小細(xì)胞平臺沒法分離） ?

評判單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序的一種方法以及平臺的選擇需要考慮：檢測基因的能力檢測細(xì)胞數(shù)量的能力??

液滴基于的系統(tǒng)（500-1500基因励翼，多細(xì)胞） ?板基于的系統(tǒng)（1000-4000基因，少細(xì)胞）辜荠，板和液滴均適合于小和正常的細(xì)胞

2.2針對大細(xì)胞

有人嘗試FACS with a larger nozzle size (130μm) to perform scRNA-seq of adult murine CMs 汽抚。. ICELL8（擁有成像系統(tǒng)，能可視化納米孔伯病，可以看出納米孔中是單細(xì)胞還是多細(xì)胞造烁；死細(xì)胞還是活細(xì)胞）

Manual pick-up and mouth pipettes （配合顯微鏡用，挑出來午笛，以最佳的形態(tài)進(jìn)行測序---這就要求技術(shù)人員很熟練與這樣通量可能就會比較低）

由于檢測成年心肌細(xì)胞的平臺少惭蟋，并且具有的基于板的檢測平臺通量也低，所以目前針對于成年心肌細(xì)胞多用核檢測季研。

3. scRNA-seq and Cardiovascular Development and Disease

3.1鼠胚胎與新生小鼠心臟（相較于成年心臟，新生CM的優(yōu)點：細(xì)胞外基質(zhì)柔軟誉察；杏胛小；體外活力強）

scRNA-seq of CMs from murine embryonic or neonatal hearts have been performed using IFC, FACS, and a mouth pipette or droplet systems.

scRNA-seq has revealed some key factors in CM maturation持偏。兩個團(tuán)隊運用IFC系統(tǒng)獲得了數(shù)千個...驼卖，他們揭示了與表明Nkx2.5。Xiong等利用FACS發(fā)現(xiàn)Nkx2-5直接調(diào)控第二心場趨化因子受體Cxcr2和Cxcr4的空間表達(dá)鸿秆，以時空精度引導(dǎo)第二心場心臟祖細(xì)胞遷移酌畜。除了Nkx2-5，Mesp1 is also essential for CM maturation. 胚胎心臟祖細(xì)胞的scRNA-seq顯示Mesp1是退出多能狀態(tài)和誘導(dǎo)心血管基因表達(dá)程序所必需的

scRNA-seq還揭示了心臟發(fā)育并不只發(fā)生在心肌細(xì)胞內(nèi)卿叽。后面介紹利用什么平臺桥胞，測序什么發(fā)生上皮細(xì)胞與間充質(zhì)細(xì)胞也能發(fā)生作用。（關(guān)鍵影響因子在心臟形成中的作用）考婴，低通量描述了一些機制贩虾。高通量探索也發(fā)現(xiàn)一些影響心臟發(fā)育的相關(guān)因子。-Hand2沥阱；病理與生理狀況下心臟發(fā)育的分析缎罢。Gdf15的轉(zhuǎn)錄組激活

最近，心臟特定的區(qū)域也被單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序研究了考杉。誰誰誰運用了什么平臺探究了哪個階段小鼠的區(qū)域策精。因此，在心臟發(fā)育過程中崇棠，每個區(qū)域的獨特表達(dá)基因和表達(dá)變化被鑒定出來咽袜。

總結(jié)，發(fā)現(xiàn)了影響心肌細(xì)胞成熟的因子與心臟發(fā)育過程中枕稀，CM本身的變化酬蹋。最后闡述了單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序的作用及老。scRNA-seq analysis research addressing these complex questions are expected.

3.2成年鼠心臟

新生胚胎心臟用于研究心臟發(fā)育和分化，成年心臟用于研究鼠疾病模型的病理形成范抓。(MI)(I/R) (TAC)骄恶。成年CMs易受沖擊，對pH和鈣離子濃度敏感匕垫，長軸直徑較大(>100 m);因此僧鲁，與胚胎或新生兒CMs相比，它們更難分離和分選象泵。一些平臺已得到改進(jìn)寞秃，允許成年CM的scRNA-seq，并揭示了疾病模型中的一些關(guān)鍵機制和反應(yīng)偶惠。scRNA seq發(fā)現(xiàn)損傷時成纖維細(xì)胞激活春寿，CM無增殖。這些發(fā)現(xiàn)表明可通過控制成纖維細(xì)胞激活來預(yù)防心肌梗死后過度纖維化的可能性以及加速CM增殖的難度忽孽。

TAC：壓力過大 心功能 心衰機制 什么導(dǎo)致了CM異質(zhì)性信號绑改，可能是intrinsic (e.g., p53) and extrinsic signals

區(qū)域特定性Marker

細(xì)胞核測序的優(yōu)點：1.去線粒體基因；2.小可以運用多種單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組平臺檢測 （單核RNA seq與單細(xì)胞RNA seq比較的文章看一下 3.細(xì)胞類型分辨率 4.轉(zhuǎn)錄組靈敏度

4.scRNA-seq and Applications

4.1 細(xì)胞與細(xì)胞互作 配體受體網(wǎng)絡(luò) CellPhoneDB

4.2 空間轉(zhuǎn)錄組 熒光測序原位雜交 （基于mRNA原位雜交技術(shù)）

成像細(xì)胞術(shù)去分析281例乳腺癌患者171,288個細(xì)胞中35個蛋白的定位

心臟空間基因表達(dá)（Some studies have investigated spatial gene expression in the heart. For example, Satoh et al. spatially quantifified gene expression at the single-cell level in the heart after TAC and found spatially heterogenous Myh7 expression in CMs after TAC兄一。（學(xué)一下厘线，人家段落展開的表達(dá)）心梗后不同區(qū)域影響心梗修復(fù)。因此出革，了解每個區(qū)域的轉(zhuǎn)錄組變化將導(dǎo)致新的治療目標(biāo)的MI造壮。

4.3軌跡分析 時間評估也是單細(xì)胞分析的另一個重要因素。在發(fā)育或疾病進(jìn)展過程中骂束，基因表達(dá)的時間變化是必不可少的耳璧。分析時序性基因表達(dá)變化的方法主要有兩種:基于scRNA-seq的細(xì)胞軌跡預(yù)測(稱為軌跡推斷);利用DNA條形碼的譜系和整合每個細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組(譜系追蹤)。

Trajectory inference?interprets a single cell as a snapshot of a continuous process and reconstructs the pseudotime by analyzing transcriptional changes between neighboring cells

軌跡推斷將單個細(xì)胞解釋為連續(xù)過程的快照楞抡，并通過分析相鄰細(xì)胞之間的轉(zhuǎn)錄變化重建偽時間。召廷。軌跡推斷方法：, such as Monocle [52], Wanderlust [53], Slingshot [54], and PAGA [55], have been developed.這些方法的不同之處在于模型路徑的復(fù)雜性，它們是簡單的線性軌跡账胧、分岔軌跡或多分岔軌跡。Velocyto是一個軟件包治泥，通過區(qū)分未剪接和剪接的mrna，從估計RNA速度分析表達(dá)動力學(xué)居夹。

譜系追蹤：插入barcode到分裂之前的目細(xì)胞基因組DNA本冲。目前心臟領(lǐng)域無用此方法，使用scRNA-seq分析的譜系追蹤有可能揭示心臟細(xì)胞轉(zhuǎn)變的精確機制

軌跡推斷：（目前在心臟研究中主要用軌跡推斷）

[if !supportLists]5.?[endif]展望

作者先陳述了單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組在疾病與健康心臟中提供的新見解以及在疾病形成和心臟發(fā)育過程中的作用劫扒。接著描述了目前單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組以高時間和空間準(zhǔn)確度的分子水平的研究，而非單純的細(xì)胞水平的研究沟饥。（總說)

另外，臨床數(shù)據(jù)與scRNA測序的結(jié)合在其他疾病中的研究流行贤旷。作者先介紹了兩例結(jié)合單細(xì)胞與臨床測序數(shù)據(jù)在其他領(lǐng)域的研究及發(fā)現(xiàn)。接著描述了一例在患有心肌病的心肌細(xì)胞中研究以及發(fā)現(xiàn)幼驶。

與其他器官一樣艾杏，將scRNA-seq與心臟的臨床數(shù)據(jù)聯(lián)系起來有可能帶來新的見解和治療方法盅藻。要實現(xiàn)這一目標(biāo)，必須將基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)化為臨床醫(yī)學(xué)萧求。（總說）