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如何通过细胞通讯分析研究不同领域的生物学问题？

基迪奥生物 · 公众号 · · 2024-10-22 17:50

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上期《细胞通讯分析软件比较和总结》中，我们对两个常用的细胞通讯软件做了深入的比较，本期我们继续分享细胞通讯分析在不同研究领域的应用思路。

本期内容： 7篇不同研究方向的应用思路案例分享，包含肿瘤免疫微环境的细胞互作、人类发育过程中的生态位互作、畜禽养殖业经济性状的调控机制（牛、猪）、水产抗胁迫的机制研究、跨物种保守性和不同发育阶段的比较、植物根系发育的调控机制。

1. 结直肠癌免疫微环境的细胞互作及其调控作用

文章标题：

Sirpα on tumor-associated myeloid cells restrains antitumor immunity in colorectal cancer independent of its interaction with CD47

发表期刊： Nature Cancer （IF=23.50）

发表时间： 2024年1月

在肿瘤微环境中髓系细胞如何调节T淋巴细胞活化是至关重要的，所以作者使用CellChat探索髓系细胞亚型与T细胞之间的细胞-细胞接触效应（选择“Cell-Cell Contact”子集即可实现），发现肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）等配体细胞与CD4+ T、CD8+ T、NK受体细胞之间具有很强的互作关系。进一步分析强互作关系的细胞对中由哪些配受体基因发挥调控作用，结果发现髓系细胞与T细胞之间的大多数配体是MHC分子，说明髓系细胞抗原呈递能力大大提高，从而增强了T细胞的初始激活。

图1 髓系细胞与T细胞互作和配受体对分析

为了进一步研究巨噬细胞与T细胞状态之间的关系，作者使用CellChat分析了这些细胞类型之间的分泌信号（选择“Secreted Signaling“子集即可实现），结果发现髓系细胞TAM通过趋化因子募集T细胞，通过基因集打分也发现了TAM中的趋化因子活性最高。

图2 髓系细胞与T细胞状态分析

2. 发育中的人胎儿肺上皮细胞生态位研究(客户文章)

文章标题：

Single-cell RNA sequencing reveals the developmental program underlying proximal–distal patterning of the human lung at the embryonic stage

发表期刊： Cell Research （IF=44.0）

发表时间： 2023年4月

通过空间转录组发现基质细胞亚型到近端-远端上皮细胞具有空间接近性，所以作者通过单细胞转录组数据研究了基质亚型对上皮生态位的细胞互作，结果发现7.5%的BDNF+基质亚型配体负责提供33%的上皮受体，并且随着肺发育逐渐表现出该基质细胞比例下降的趋势。此外，还发现BDNF+基质亚型配体相对应的受体基因在上皮细胞中特异表达，说明该发育过程表现出高度特异性的BDNF+基质-上皮互作。

图3 人胎儿肺上皮细胞通讯分析

3. 奶牛营养吸收的靶细胞调控研究

文章标题：

Cross-tissue single-cell transcriptomic landscape reveals the key cell subtypes and their potential roles in the nutrient absorption and metabolism in dairy cattle

发表期刊：

Journal of Advanced Research (IF=12.8)

发表时间： 2021年11月

通过前人研究的营养吸收功能的目标基因集在不同前胃组织中的细胞亚型表达分布分析发现了负责营养吸收的特异性靶细胞。然后进一步研究哪些细胞调控营养吸收的靶细胞，结果发现Th17细胞在前胃组织中是特异性的免疫细胞，并且占比最大；接着通过CellChat分析前胃组织中的细胞互作，结果发现Th17细胞通过IL-17通路与上皮营养吸收的亚型互作，还进一步发现了IL-17信号通路主要由IL17F/IL17A配体与IL17RA/IL17RC受体介导。这些分析揭示了营养吸收靶细胞的调控及其分子机制。

图4 营养吸收靶细胞的细胞互作及其配受体基因挖掘

4. 调节猪大理石花纹形成的细胞来源

文章标题：

Single-nucleus and bulk RNA sequencing reveal cellular andtranscriptional mechanisms underlying lipid dynamics in highmarbled pork

发表期刊： npj Science of Food （IF=6.3）

表达时间： 2023年6月

为了探索IMF（大理石花纹）的其他细胞来源，首先对脂肪生成相关基因的不同细胞中的表达分布进行分化，结果发现内皮细胞、卫星细胞和周细胞都高表达脂肪相关的基因，说明它们可能在IMF形成中起作用。然后对这些细胞与脂肪细胞进行细胞通讯分析，结果发现脂肪细胞主要与内皮细胞、周细胞、成纤维细胞等相互作用，因此，作者推断这些细胞也参与了调节IMF形成。

图5 脂肪细胞与其他细胞的互作网络分析

5. 牡蛎铜胁迫应答的机制

文章标题：

Highly Sensitive and Specific Responses of Oyster Hemocytes to Copper Exposure: Single-Cell Transcriptomic Analysis of Different Cell Populations

发表期刊：

Environmental Science & Technology (IF=11.4)

发表时间： 2022年2月

作者借助CellPhoneDB软件从细胞通讯层面探究了Cu胁迫前后细胞亚群之间的通讯差异。分析结果显示，虽然所有三种细胞类型都参与了细胞通讯，但颗粒细胞（cluster0、cluster2）和半颗粒细胞（cluster1、cluster4）之间的通信关系相对比其他亚群更强。同时作者发现，虽然颗粒细胞两个亚群cluster0和cluster2之间存在显著的Cu胁迫响应差异，但是两者间也存在密切的细胞通讯，并且在Cu胁迫下，两个细胞亚群间的细胞通讯显著增强。

图6 牡蛎亚群之间的细胞通讯分析

6. 山羊和绵羊的跨物种保守性和不同发育阶段的差异

文章标题：

Single-cell transcriptome and metagenome profiling reveals the genetic basis of rumen functions and convergent developmental patterns in ruminants

发表期刊： Genome Research （IF=6.2）

发表时间： 2023年10月

本文取6个发育关键阶段中的17个时间点绵羊和山羊瘤胃进行scRNA-seq。从两个维度比较瘤胃的细胞通讯结果：一是跨物种的比较，结果发现绵羊和山羊在5个比较组中的细胞互作网络相似，说明近缘物种间的保守性较强；二是不同发育阶段的比较，结果发现绵羊和山羊细胞通讯变化在胚胎期相似，但进入反刍期后出现明显差异，这可能与食用饲料不同有关。

图7 不同物种的瘤胃在不同发育时间点的细胞通讯分析

7. 烟草根发育过程中的调控机制

文章标题：

如何通过细胞通讯分析研究不同领域的生物学问题？

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