這篇文獻(xiàn)提供的代碼是R與python版本，是個(gè)極好的學(xué)習(xí)單細(xì)胞與python的資源
今天先來(lái)看看文獻(xiàn)背景
文獻(xiàn)情況：
- 標(biāo)題：A molecular single-cell lung atlas of lethal COVID-19
- Doi：https://doi.org/10.1038/s41586-021-03569-1
- 通訊作者：Benjamin Izar Jianwen Que 哥倫比亞大學(xué)歐文醫(yī)學(xué)中心血液學(xué)/腫瘤科醫(yī)學(xué)系
- 雜志：Published: 29 April 2021 Nature
- 代碼：https://github.com/IzarLab/CUIMC-NYP_COVID_autopsy_lung
呼吸衰竭是severe SARS-CoV-2感染患者死亡的主要原因漓滔，但肺組織水平的宿主反應(yīng)尚不清楚趋观。本文對(duì)19名死于COVID-19的患者和7名對(duì)照組患者的肺中約11.6萬(wàn)個(gè)細(xì)胞核進(jìn)行了單核RNA測(cè)序痘番。綜合分析發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞組成醉冤、轉(zhuǎn)錄細(xì)胞狀態(tài)和細(xì)胞間相互作用的重大變化蓖宦，從而為了解致命COVID-19的生物學(xué)提供了幫助叁执。
看這篇文獻(xiàn)的時(shí)候茄厘，心情突然有點(diǎn)那么沉重。
數(shù)據(jù)情況
- 處理后的數(shù)據(jù): https://singlecell.broadinstitute.org/single_cell/study/SCP1219.
- 處理后的數(shù)據(jù)在GEO中也有 GSE171524.
- 原始數(shù)據(jù): https://duos.broadinstitute.org (study ID DUOS-000130).
- Source data are provided with this paper
總共包含 COVID-19隊(duì)列（19例樣本）與 對(duì)照隊(duì)列Control（7例樣本）
COVID-19的肺細(xì)胞landscape
使用單細(xì)胞核測(cè)序徒恋，經(jīng)過(guò)質(zhì)控流程蚕断，得到一個(gè)肺的圖譜：116,314個(gè)單細(xì)胞，包括COVID-19隊(duì)列79,636個(gè)細(xì)胞以及對(duì)照隊(duì)列Control 36,678個(gè)細(xì)胞入挣。9個(gè)主要的細(xì)胞類型鑒定如下：
- epithelial cells (n = 30,070 cells)
- myeloid cells (n = 29,632)
- fibroblasts (n = 22,909)
- endothelial cells (n = 5,386)
- T and natural killer (NK) lymphocytes (n = 16,751)
- B lymphocytes and plasma cells (n = 7,236)
- neuronal cells (n = 2,017)
- mast cells (n = 1,464)
- antigen-presenting cells (APCs; primarily dendritic cells) (n = 849)
具體的樣本情況以及詳細(xì)注釋：
髓系細(xì)胞的異常激活
髓系細(xì)胞是COVID-19肺的主要細(xì)胞成分亿乳，且比對(duì)照組肺更為普遍。我們鑒定了：
- 單核細(xì)胞(n = 3,176)
- 單核細(xì)胞衍生的巨噬細(xì)胞(MDMs;n = 9,534)
- transitioning MDMs (n = 4,203)
- 常駐肺泡巨噬細(xì)胞(resident alveolar macrophages径筏，AMs;n = 12,511)
它們?cè)赿iffusion component(DC)分析中被恢復(fù)為不同的軌跡葛假，在COVID-19肺部更常見(jiàn)（圖2a-c）。來(lái)自COVID-19個(gè)體的髓系細(xì)胞被高度和異常激活滋恬。
此外：
- COVID-19肺中的MDMs差異表達(dá)激活基因(例如CTSB聊训、CTSD、CTSZ恢氯、PSAP)和兩個(gè)長(zhǎng)鏈非編碼rna NEAT1和MALAT1带斑，它們與異常巨噬細(xì)胞激活和受損的T細(xì)胞免疫相關(guān)
- AMs產(chǎn)生于胎兒?jiǎn)魏思?xì)胞鼓寺，可以自我更新，在COVID-19肺中富集并高度激活
這些數(shù)據(jù)表明勋磕，髓系細(xì)胞是COVID-19中炎癥失調(diào)的主要來(lái)源妈候。
血漿和T細(xì)胞響應(yīng)
使用the variable heavy (IGHV) and light (IGLV) chains鑒定了漿細(xì)胞，T/NK細(xì)胞群體分為了：CD8+ T cells (n = 3,561), T regulatory (Treg) cells (n = 649), other CD4+ T cells (n = 7,586), and NK cells (n = 2,141)挂滓。
作者發(fā)現(xiàn)COVID-19肺部的T細(xì)胞豐度沒(méi)有顯著增加苦银，只有細(xì)胞因子和T細(xì)胞激活和組織駐留相關(guān)程序的適度上調(diào)（上圖G-I）。
肺泡上皮再生受損
上次細(xì)胞分為：
- 肺泡上皮細(xì)胞 (AT1 and AT2 cells; n = 20,949)
- 氣道上皮細(xì)胞 (basal, ciliated, club, goblet, and mucous cells; n = 7,223)
- 一種以表達(dá)炎癥和細(xì)胞周期基因?yàn)樘卣鞯膩喨? 包括 IRF8, B2M, MKI67 and TOP2A (‘cycling epithelium’; n = 609)
- 顯示細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)成分高表達(dá)的亞群 COL6A3, COL1A2, and COL3A1
此外：在肺再生過(guò)程中赶站，AT2細(xì)胞作為AT1細(xì)胞的祖細(xì)胞幔虏，可以分化為AT1；對(duì)照組肺中的AT2和T1細(xì)胞形成了不同的簇贝椿。這其中有幾個(gè)比較重要的基因：
- ETV5 ：COVID-19 AT2細(xì)胞低表達(dá)ETV5想括，維持AT2細(xì)胞身份，ETV5表達(dá)降低與向AT1細(xì)胞分化相關(guān)
- CAV1：AT1成熟晚期的標(biāo)志团秽，在COVID-19肺的AT1細(xì)胞中表達(dá)水平顯著降低
COVID-19中的異位簇狀細(xì)胞
在捕獲的氣道上皮細(xì)胞中主胧，我們發(fā)現(xiàn)了四種不同的軌跡:
- KRT5+ TP63+基底細(xì)胞basal (n = 534)
- club細(xì)胞(n = 1232)
- 杯狀細(xì)胞goblet cells (n = 1757)
- 一種細(xì)胞較少的軌跡(n = 110)，主要在COVID-19肺部發(fā)現(xiàn)习勤，我們將其確定為簇狀細(xì)胞putative tuft-like cells
簇狀細(xì)胞參與氣道炎癥和腸組織再生踪栋，但它們?cè)诓《拘苑窝字械淖饔蒙胁磺宄１狙芯恐斜憩F(xiàn)如下：
- 新冠肺炎患者上呼吸道的簇狀細(xì)胞(CHAT+或POU2F3+)數(shù)量增加了3倍图毕，且只在新冠肺炎患者肺實(shí)質(zhì)中異位存在夷都，但在對(duì)照組肺中不存在（parenchyma為腺細(xì)胞組織，實(shí)質(zhì)）
病理性成纖維細(xì)胞和肺纖維化
COVID-19肺部的成纖維細(xì)胞明顯多于對(duì)照組(圖1d)予颤，α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-SMA囤官，基因名字ACTA2)免疫組化染色證實(shí)了這一發(fā)現(xiàn)：
纖維化程度(determined by a Sirius red fibrosis score)與疾病持續(xù)時(shí)間相關(guān)(圖4a)，表明COVID-19的肺纖維化隨著時(shí)間的推移而增加：
此外：作者確定了五種成纖維細(xì)胞亞型：與對(duì)照肺相比蛤虐，COVID-19肺中病理或中間病理成纖維細(xì)胞的頻率增加(圖4c)
- 肺泡 alveolar (n = 4670)
- 外膜 adventitial (n = 3773)
- 病理 pathological (n = 2322)
- 中間病理 intermediate pathological (n = 8779)
- 其他(n = 1099) (圖4b)
主要細(xì)胞類型之間的配體-受體分析結(jié)果顯示：
- 在所有細(xì)胞中配體-受體相互作用最多的是TGFβ1 - TGFβ受體2和BMP6-ACVR1党饮，它們分別屬于TGFβ家族和超家族。TGFβ信號(hào)在促進(jìn)肺纖維化中具有重要作用驳庭，并與成纖維細(xì)胞介導(dǎo)的ADI27維持有關(guān)刑顺，而ADI27與DATP細(xì)胞狀態(tài)密切相關(guān)。
這里還有一個(gè)有意思的分析：
為了研究針對(duì)pFBs（pathological fibroblasts）的潛在治療策略饲常，作者從單核轉(zhuǎn)錄組中推斷蛋白質(zhì)活性蹲堂，然后將pFBs與其他成纖維細(xì)胞進(jìn)行比較。該分析預(yù)測(cè)pFBs將表現(xiàn)出JunB和JunD活性的增加(圖j)贝淤，它們通過(guò)增強(qiáng)TGFβ和STAT3信號(hào)通路誘導(dǎo)小鼠模型的肺纖維化柒竞，并與IL-1β的產(chǎn)生增加有關(guān)。最后播聪，作者推斷出pFBs中的藥物作用靶點(diǎn)朽基，并將MMP14和STAT3作為廢除pFBs中有害程序的潛在靶點(diǎn)(圖j)布隔。
有好幾個(gè)方法可以利用單細(xì)胞RNA數(shù)據(jù)推斷蛋白層面的分子活性，下次介紹~
