近年来，单细胞测序技术在揭示细胞异质性和细胞间相互作用方面取得了重大突破，成为生命科学和医学研究中的关键工具。然而，现有的单细胞多组学方法往往面临成本高、通量低、操作复杂等问题，限制了其在大规模临床样本分析和复杂疾病研究中的应用。随着国际人类细胞图谱（Human Cell Atlas）等大型项目的推进，单细胞测序数据量呈指数级增长，对技术的可扩展性、成本效益和数据质量提出了更高要求。为了满足这些需求，研究者们开发了多种单细胞多组学技术，但这些方法大多需要针对不同模态进行定制化操作，难以实现自动化和临床应用。因此，开发一种通用、高效、低成本的单细胞多组学技术，成为推动单细胞研究从基础科学走向临床应用的重要方向。
国家生物信息中心
蒋岚、刘光慧、张维绮
、北京协和医院
陈丽萌
、北京大学
舒绍坤
和
温州医科大学附属衢州医院
张峰
等人
提出了一种名为UDA-seq的通用工作流程。该技术通过在微流控滴液系统中引入后索引步骤，显著提高了单细胞多组学方法的通量和效率，同时降低了成本，为大规模单细胞分析提供了新的解决方案。这一技术的开发不仅有助于解决现有技术的局限性，还为未来单细胞技术在疾病机制研究、药物筛选和精准医疗中的应用奠定了基础。
相关内容以“UDA-seq: universal droplet microfluidics-based combinatorial indexing for massive-scale multimodal single-cell sequencing”为题发表在《
Nature Methods
》上。
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主要内容
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图1 UDA-seq技术的原理和流程，以及其在多种单细胞多组学分析中的应用效果
该技术通过结合微流控滴液技术和组合索引策略，实现了高效的单细胞RNA测序（3'和5'端）、VDJ测序以及与染色质可及性（ATAC-seq）的联合分析。图中还通过物种混合实验验证了UDA-seq的性能，展示了其在不同物种细胞混合样本中的高通量和低碰撞率（细胞重叠率），证明了该技术在大规模单细胞分析中的可靠性和高效性。
图2 人体肾脏微型活检组织的单核RNA和ATAC联合图谱分析
研究人员利用Multiome UDA-seq技术对35份肾脏疾病样本（包括健康供体和患者样本）进行染色质可及性和基因表达分析。他们通过低起始材料的处理和双通道测序，获得了高质量的单核RNA测序和ATAC测序数据（207,789个细胞），并识别出多个细胞簇（snRNA-seq：60个簇；snATAC-seq：68个簇）。整合分析进一步细化了细胞聚类，并通过Peak2Gene链接揭示了染色质可及性与基因表达的强相关性，最终形成25个独特模块，验证了数据的高质量。
图3 利用UDA-seq发现与蛋白尿相关的罕见细胞亚群
研究人员通过改进的Scissor算法，发现足细胞（POD）是与蛋白尿最相关的细胞亚群。足细胞在数据中占比不到0.6%，但与蛋白尿程度密切相关。进一步分析发现，足细胞的亚群1在蛋白尿中起关键作用，其高表达基因与TGF-β信号通路激活相关，可能引发肾小球纤维化。此外，研究人员通过SCENIC+分析了足细胞的基因调控网络，识别出多个与蛋白尿相关的转录因子和调控因子，并构建了调控网络。细胞间通信分析显示，蛋白尿患者中足细胞与内皮细胞的通信增加，FGF信号通路增强，而VEGF信号通路减弱，这与肾小球功能障碍的机制一致。
图4 利用 UDA-seq 发现与损伤相关的罕见细胞亚群
研究人员将AKI和CKD合并为“肾功能受损”进行分析，发现受影响最严重的细胞类型是不同内皮细胞，尤其是肾小球系膜细胞（EC-GCs）。Scissor算法分析显示，这些细胞与肾功能受损标志基因负相关，验证了分析的准确性。进一步分析发现，代谢相关损伤细胞主要集中在EC-GCs的亚群0，免疫相关损伤细胞富集于亚群3。SCENIC+分析揭示了RARB和KLF9在免疫损伤细胞中的协同作用，其靶基因与免疫调节相关，可能成为治疗靶点。此外，UDA-Seq技术显著降低了单细胞和单样本的建库成本（8-20倍），并提高了小样本合并和罕见细胞类型分析的可行性。
图5 调查老年女性群体的白细胞介素特性
研究人员利用FIPRESCI-seq技术对38名女性供体的PBMCs进行单细胞RNA和VDJ测序，分析基因表达与免疫受体库。结果显示，NK细胞、CD8效应记忆T细胞和γδT细胞与衰老正相关，而CD8初始T细胞、CD4初始T细胞和CD4中央记忆T细胞与衰老负相关。CD4初始T细胞的亚群2随衰老累积增加，被重新定义为ITGB1⁺ PREX1⁺ CD4初始T细胞。此外，研究人员通过巢式PCR分析TCR/BCR，发现衰老显著影响TCR克隆型多样性，表现为克隆型丰富度降低和克隆性增加。
图6 UDA-seq可通过单细胞转录组读数进行集合CRISPR筛选
研究人员利用CROP-seq和UDA-seq技术对胃癌细胞系SNU16进行CRISPR筛选，研究溴结构域家族基因敲除的影响。结果显示，靶基因在相应sgRNA扰动细胞中不再表达，例如BRD7和EP300。分析发现BRD7可能抑制FOXP1并激活VDAC1。单细胞RNA-seq揭示SNU16细胞分为两个亚群，主要区别在于FGFR2表达水平。溴结构域家族基因的扰动显著降低了MYC表达。不同溴结构域基因对两个亚群的影响不同，例如BAZ2A、BRD4和BRD8的缺失影响细胞增殖和分化，而SP140L、NF1和SMARCA4的缺失特异性地影响第二亚群的代谢通路。
