单细胞测序用途是什么？单细胞测序和基因测序有什么区别？

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单细胞测序用途是什么？单细胞测序和基因测序有什么区别？
原文地址：https://www.zhihu.com/question/596430881

长长的路

在伤口愈合的研究领域，人脐带间充质干细胞衍生的细胞外囊泡（hucMSC-EVs）展现出巨大潜力，然而其具体作用机制尚不明晰。近期发表于《ACS Nano》的 “Human Umbilical Cord Mesenchymal Stromal Cell - Derived Extracellular Vesicles Induce Fetal Wound Healing Features Revealed by Single - Cell RNA Sequencing” 一文，运用单细胞测序技术深入探究了 hucMSC-EVs 对小鼠皮肤伤口微环境的影响，为伤口愈合机制研究带来重要突破。
易研科技为本项目提供单细胞解离建库测序及共聚焦拍照服务。


发表杂志：《ACS Nano》
发表时间： 2024 年 5 月
样本类型：6 周龄 C57/BL6J 小鼠皮肤组织，构建 8 毫米全层皮肤伤口模型，于术后第 7 天获取样本，包括中央伤口区域和相邻未受伤皮肤
关键技术：单细胞 RNA 测序

01
研究背景
全层皮肤损伤治疗困难，给患者和医疗系统带来沉重负担。间充质干细胞（MSCs）在皮肤修复和再生方面效果显著，其治疗作用多通过细胞外囊泡（EVs）介导。hucMSC-EVs 相较于传统细胞治疗具有实时治疗、体内分布好等优势，但目前对其促进伤口愈合的分子机制，以及对成纤维细胞和角质形成细胞的影响了解有限，亟待深入研究。
在此背景下，本研究利用单细胞 RNA 测序技术，对接受 hucMSC-EVs 处理和未处理的小鼠皮肤伤口进行高分辨率分析。旨在全面解析 hucMSC-EVs 促进伤口愈合的分子机制，明确其对成纤维细胞和角质形成细胞的影响。

02
研究结果
1、细胞外囊泡加速伤口愈合
hucMSC-EVs 可显著加快小鼠伤口愈合进程，在术后第 7 天效果最为突出，表现为成纤维细胞增殖、血管生成、再上皮化及胶原蛋白含量增加。




2、诱导特殊细胞亚型产生
hucMSC-EVs 诱导产生造血成纤维细胞和 MMP13 阳性成纤维细胞，其中 MMP13 阳性成纤维细胞呈现类似胎儿伤口愈合的特征，对伤口愈合起到关键作用。






3、明确关键信号通路及细胞间作用
PIEZO1 - 钙 - HIF1α-VEGF-MMP13 通路是 hucMSC-EVs 促进伤口愈合的关键机制，且 MMP13 阳性成纤维细胞通过 MMP13-LRP1 相互作用诱导角质形成细胞迁移，推动伤口愈合。








Liu Y, Zhang M, Wang C, et al. Human Umbilical Cord Mesenchymal Stromal Cell - Derived Extracellular Vesicles Induce Fetal Wound Healing Features Revealed by Single - Cell RNA Sequencing[J]. ACS Nano, 2024, 18(13):13696-13713. DOI: 10.1021/acsnano.4c01401

03
研究亮点

• 单细胞测序创新解析：运用单细胞 RNA 测序技术，从单细胞层面解析 hucMSC-EVs 处理后的伤口微环境，为探究伤口愈合机制提供全新视角。
  
• 发现新型细胞亚型：首次鉴定出 hucMSC-EVs 诱导的两种新型成纤维细胞亚型，丰富了对伤口愈合细胞变化的认知，提供潜在治疗靶点。
  
• 揭示关键机制与作用：明确关键信号通路及细胞间相互作用机制，为基于 hucMSC-EVs 的伤口治疗策略开发奠定理论基础，助力临床转化。
  

大力水手

1、单细胞线粒体测序

2024年5月13日Nature genetic在线发表单细胞线粒体基因组文章Single-cell mtDNA dynamics in tumors is driven by coregulation of nuclear and mitochondrial genomes。




本文的主要结果包括以下几点：
1. **单细胞线粒体DNA（mtDNA）拷贝数和基因型变异**：研究者发现肿瘤细胞中线粒体DNA（mtDNA）拷贝数和基因型存在显著的细胞间变异，这种变异与细胞大小强烈相关。
2. **核DNA（nuDNA）与mtDNA的协同调控**：研究者使用无扩增的单细胞全基因组测序（Direct Library Prep, DLP+）技术，同时评估了72,275个单细胞中的mtDNA拷贝数和核DNA（nuDNA）。他们发现，nuDNA的全基因组加倍事件与mtDNA拷贝数的适应性平衡相关，表明mtDNA与nuDNA的比例，而非mtDNA拷贝数本身，调节了下游表型。
3. **mtDNA拷贝数与细胞大小的关联**：研究者观察到细胞大小与mtDNA拷贝数之间存在显著的正相关性，这表明细胞对能量和生物合成需求的适应性反应。
4. **mtDNA拷贝数的剂量补偿**：在全基因组加倍（WGD）事件中，mtDNA拷贝数的增加与核基因组倍性的增加成比例，保持了mtDNA与nuDNA之间的比例（MNR）。
5. **mtDNA基因型对拷贝数的影响**：研究者发现某些生殖系mtDNA插入变异，如影响m.302位点的同聚物区长度的变异，可能调节mtDNA拷贝数。此外，体细胞截断突变也与mtDNA拷贝数的增加有关。
6. **高MNR对细胞表型的影响**：高MNR（mtDNA拷贝数与单倍体核基因组的比率）的克隆表现出更高的mtDNA编码基因表达，以及在干扰素（IFN）响应和缺氧基因表达中的表型适应性变化。
7. **mtDNA变异对拷贝数的剂量依赖性影响**：研究者观察到，无论是常见的生殖系多态性（如m.302位点的变异）还是高度致病的体细胞突变，都以杂合度依赖的方式引发mtDNA拷贝数的适应性增加。
8. **研究技术和方法**：研究者使用了DLP+技术，这是一种无需扩增的单细胞全基因组测序平台，能够同时高精度地检测单细胞中的mtDNA基因型、mtDNA拷贝数和nuDNA基因型。
9. **研究意义**：这项研究揭示了肿瘤细胞中mtDNA拷贝数变异的调控原则，以及这种变异对细胞代谢和表型状态的影响，为理解癌症中的细胞适应性和进化提供了新的视角。




这些发现为理解肿瘤细胞如何在克隆演化过程中调整其mtDNA拷贝数以适应不同的能量和生物合成需求提供了新的见解，并可能对癌症治疗策略的开发有所启示。
2、乳腺癌GWAS
- 标题：在非洲裔女性中进行的乳腺癌全基因组关联分析确定了新的易感性位点并改进了风险预测




摘要：
我们进行了包括18,034例乳腺癌病例和22,104名非洲裔对照的全基因组关联研究。在12个位点上的遗传变异与乳腺癌风险相关（P值<5×10^-8），包括ARHGEF38基因中的低频错义变异rs61751053与整体乳腺癌的关联（比值比(OR)=1.48），以及2号染色体2q14.2位点上的常见变异rs76664032与三阴性乳腺癌（TNBC）的关联（OR=1.30）。大约15.4%的TNBC病例携带有六个风险等位基因，这些等位基因位于三个全基因组关联研究识别的TNBC风险变异中，与携带少于两个风险等位基因的个体相比，其比值比为4.21（95%置信区间=2.66–7.03）。多基因风险评分（PRS）在预测乳腺癌风险方面展现了0.60的接收者操作特征曲线下面积，这一表现优于使用欧洲裔女性数据衍生的PRS。我们的研究显著增加了乳腺癌遗传研究中的人口多样性，并证明了PRS在非洲裔女性风险预测中的实用性。

大力水手

单细胞测序旨在分析单个细胞的基因表达，可以帮助我们了解单个细胞的特性和表现，发现细胞之间的异质性，并为个体化医学提供数据基础。以前，对于包含多种细胞类型的样本，我们只能分析最突出的细胞类型的平均表达情况，难以了解不同细胞之间的差异和功能特性。而单细胞测序技术克服了这个问题，可以对每个细胞进行基因表达的分析，更全面了解不同细胞的表达差异和功能特性。 单细胞测序和基因测序有以下区别：
1. 样本类型：普通的基因测序通常需要足够多的细胞，而单细胞测序只需要单个细胞作为样本。
2. 技术难度：由于单细胞测序需要在一个非常小的细胞样本中提取RNA，因此所需的技术难度较高。
3. 数据分析：单细胞测序产生的数据量大，因为需要对许多单个细胞的数据进行分析。相比之下，普通的基因测序数据较为简单 。
4. 得到的信息：基因测序可以帮助我们了解标本所含基因的表达情况，而单细胞测序可以帮助我们了解每个单一细胞的特性，包括不同细胞之间的差异和功能特性。
总而言之，单细胞测序技术可以提供单个细胞的基因表达数据，为深入了解生物体内的细胞异质性和个体化医学提供了重要的信息基础。
新建细胞实验室需要哪些设备？

清风寡欲

在业内听说挺火的，但是没有真实的有效成果所以一直没出圈。
至于区别，就是单细胞测序时给每个细胞都加了一个标签，最后的结果就是“细胞标签+测序片段标签+测序片段”。
基因测序结果是“测序片段标签+测序片段”。
两者就是差了个细胞标签。

清风寡欲

谢邀，百奥益康作为国内最早、最具经验的单细胞科研服务团队，在该研究领域深耕7年，累积了150余种不同组织类型、10,000+个样本的服务经验，服务客户发文超百篇，影响因子超千分（包括CNS顶级期刊）。各位老师如果有测序的需求可以联系我们哟！（15201658362)
下面我来简单说一下单细胞测用途及二者区别：
单细胞测序的应用
单细胞测序技术，是在单个细胞水平上，对基因组、转录组、表观组进行高通量测序分析的一项新技术。它能够揭示单个细胞的基因结构和基因表达状态，反映细胞间的异质性，在肿瘤、发育生物学、微生物学、神经科学等领域发挥重要作用，正成为生命科学研究的焦点。



图8 单细胞测序技术的相关应用

随着精准治疗时代的到来，未来单细胞技术，将会有助于人类的科学研究以及临床应用，尤其是在肿瘤、微生物、神经科学、免疫学等领域，应用会越来越广泛。

· 肿瘤研究上的应用
2021年6月15日，Cell杂志发表了一篇通过单细胞分析探测肿瘤的血管选定研究的文章。该研究采用了单细胞转录组测序技术(scRNA-seq)，对31964个具有AAT（抗血管生成）抗性小鼠的肺肿瘤血管内皮细胞（TECs）和周细胞进行了检测。结果显示实验组与健康对照组的TECs和周细胞的表达谱都非常相似。同时还发现基质重塑巨噬细胞有助于浸润性癌细胞的血管选定；M1样巨噬细胞亚型可使血管细胞保持静止。



图9 肺肿瘤模型ECs的scRNA-Seq

该研究重在体现对抗VEGF（血管内皮生长因子） 阻断 AAT时，肿瘤血管选定的临床重要性，而且有助于确定肿瘤血管的细胞表型，从而在研究抑制肿瘤新生血管生成，抑制肿瘤细胞的生长和转移的道路上向前迈进了一大步。
· 新冠治疗研究中的应用
2020年7月，北京大学谢晓亮团队在Cell上发表了一篇关于新冠病毒特效药的文章。此项目首先从60名新冠康复病人的血液中分离出B细胞，利用单细胞转录组+单细胞BCR测序技术对这些B细胞进行检测，筛选出8558种病毒蛋白结合抗体序列，并找出14株高活性的中和抗体。之后进行小鼠实验，最终成功筛选出一种非常有效的中和抗体BD-368-2。经实验证实，此中和抗体可以大幅度提升新冠治愈率，缩短治愈时间，甚至可以提供短期的病毒免疫，在治疗和预防方面都发挥重要作用。




图10 通过富含抗原的高通量单细胞RNA测序进行有效的中和抗体鉴定

· 阿尔兹海默症研究中的应用
2019年5月,Nature报道，通过对24名阿尔茨海默病人和24名正常人尸检大脑样本的8万个细胞进行单细胞转录组测序。研究不仅分析出兴奋性和抑制性神经元，还分析稀有的非神经元脑细胞，如少突胶质细胞、星形胶质细胞和小胶质细胞。这些细胞类型中的每一种在阿尔茨海默病患者中都表现出明显的基因表达差异。其中，轴突再生和髓鞘形成相关的基因在阿尔茨海默症中表现出明显差异。



图11 单细胞测序对阿尔兹海默症病人的研究及结果分析

单细胞测序的未来
目前，全球潜在科研市场体量已经达到130亿美元以上，单细胞测序技术的市场更以年均20%以上的速度逐年增长。单细胞分析技术在临床和药物开发方面的应用前景更为广阔。随着测序技术的发展和测序水平的提高，单细胞测序技术能够解析细胞间更加细微的差异，正在推动癌症及肿瘤研究、发育生物学、微生物学研究、免疫、以及神经科学领域向前发展，并逐渐成为生命科学研究的焦点。



图12 单细胞测序技术在未来应用会越来越广泛

如今，单细胞测序正如火如荼，在单个细胞层面让我们在前所未有的水平理解转录组、免疫组和表观组的多样性。我们认为，未来的基因测序一定朝着更精准，更微观的方向前进！
单细胞测序与基因组测序区别：
单细胞测序技术，简单来说，就是在单个细胞水平上，对基因组、转录组及表观基因组水平进行测序分析的技术。基因测序通常对整个基因组进行测序，而单细胞测序则对单个细胞进行测序。基因测序通常需要大量的基因组样本，而单细胞测序则只需要一个单细胞样本。传统的测序，是在多细胞基础上进行的，实际上得到的是一堆细胞中信号的均值，丢失了细胞异质性（细胞之间的差异）的信息。而单细胞测序技术能够检出混杂样品测序所无法得到的异质性信息，从而很好的解决了这一问题。