摘要
单细胞测序已经在早期人类发展中发现了新的间叶细胞谱系标记,这使得在肺发育和疾病中对间叶细胞亚群进行更精确的识别和表征成为可能http://bit.ly/2NpX6UY
在单细胞水平上研究一个器官的转录组活动是现代生物学的重大突破之一。单细胞RNA测序(scRNA-seq)是建立在B瑞迪和我scove(1], who described a method for generating microgrammes of cDNA from samples as small as a single cell almost 30 years ago. This discovery was followed closely by single cell transcriptomic analysis in neurons, accomplished by microinjecting primer, nucleotides and reverse transcriptase enzyme into dissociated cells [2]。下一代测序技术使我们有机会从单个细胞中对数千个基因进行测序,2009年首次报道了从单个小鼠囊胚中对整个转录组进行分析[3.]。更多的技术突破包括优化文库准备和测序,再加上基于微流体的单细胞分离和纳米级液滴中的反应,大大提高了分析的吞吐量和深度[4]。scRNA-seq回答基本问题的潜在细胞身份和异质性,并产生新的假设肺发育生物学和疾病的发病机制,推动的快速采用这种方法,与40多发表论文在过去5年应用scRNA-seq技术在肺。从这些数据中,我们逐渐认识到罕见的细胞亚群对肺部发育和疾病的贡献。有了这些新知识,就有了根据功能和转录组特征来定义细胞类型和细胞亚群的挑战。在肺的发育过程中,当细胞处于快速转变的状态时,对细胞身份的明确定义就更加复杂了,莎士比亚的《奥菲利亚》(Ophelia in)恰如其分地描述了这一难题哈姆雷特她说:“主啊,我们知道自己是什么,却不知道将来会是什么。”
最近一段时间以来,我们的肺间质和赞赏的关键作用是间充质细胞在肺指挥器官的异质性的理解就突飞猛进[5,6]。定义细胞身份,并描述哪些特定标记物表征特定的亚群,一直是理解间充质细胞在肺发育和疾病中的作用的重要障碍[7]。迄今为止,间充质细胞亚群的鉴定和命名主要是基于这些细胞的表型或位置(如。lipofibroblasts,肌成纤维细胞)。此外,大部分工作是基于啮齿动物模型[8]。人类和小鼠发展之间的具体和根本的区别(如。人体内独特的多能上皮祖细胞和人鼠体内不同的FGF配体[9- - - - - -11)强调在人类肺发育过程中需要对间充质细胞有更深入的了解。要获得这样的理解,需要一种可靠的方法来识别不同人群的间充质细胞,作为在发育过程中研究其功能的基础。解决这一重要的知识差距,Danopouloset al。(12在的这个问题报告欧洲呼吸杂志这scRNA-SEQ的开发人力肺鉴定亚群的ACTA2表达细胞在发育早期,让独特的细胞标记鉴定气道平滑肌细胞(HHIP,MYLK,IGF1)与血管平滑肌细胞(NTRK3,MEF2C)(图1)。该小组可靠地确定了这些不同的人类肺组织中气道和血管平滑肌细胞亚群通过原位使用探针杂交上述细胞标记,验证其效用。先前的工作集中在这些细胞的特定基因产物,如ACTA2,而新的标记为未来的工作提供了基础,以确定这些高度特化细胞在气道和血管疾病状态下的命运,并对它们的发育作用形成新的见解。事实上,这些数据强烈表明,与目前使用的标记相比,使用亚种群特异性间充质标记将提高对肺微环境研究的准确性和严谨性。例如,COL1A1在包括基质成纤维细胞、周细胞和肌上皮细胞在内的多种亚群中均有表达,这表明COL1A1表达本身不足以决定细胞身份,如果没有额外的标记。
这项研究中另一个惊人的发现是,尽管许多细胞在11周时就形成了特定的谱系,但仍有相当一部分细胞是作为非特异性祖细胞而存在的[12]。这就提出了在肺发育后期这些未提交的细胞分化的精确定时的问题和途径,以及他们可能会持续多久。在成人间充质肺可塑性的更深入理解创建新的治疗策略,由此分化的间充质细胞可以朝向未定型的祖状态,以便损伤后修复肺被驱动的潜力。此外,这些发现进一步添加上下文最近多个出版物和预印本与各种慢性肺部疾病,例如特发性肺纤维化(IPF)[人类设有scRNA-SEQ数据13- - - - - -16]。由于间充质细胞表型和epithelial-mesenchymal相互作用被认为是肝纤维化的发病机制的关键驱动程序,协调scRNAseq数据从这个手稿与最近发表的数据从成人和没有IPF也会产生见解的间充质细胞亚出现在这个疾病的发育起源。
从本研究的其他数据表明在人肺的炎性细胞类型的早期分化,以及肌上皮细胞的存在。虽然这些没有使用验证原位技术,这些数据可供其他研究人员进一步使用在网上分析。这项研究有一些重要的公认的限制,包括对这些有限的早期人体标本低样本数和使用的解离技术有利于在上皮细胞为代价的间充质细胞。然而,这些数据解决人类肺癌发展的重要知识差距,并提供该领域的重要资源。
肺间质由不同的细胞亚群组成,迄今为止缺乏明显的区别特征,将其解析为具有不同标记和功能的特定组一直是一个挑战。使用scRNA-seq不仅可以在单细胞分辨率下分析发育中的肺,还可以在细胞组间转录组学差异的背景下进行分析[17]。正在进行的研究使用表观基因组方法来描述细胞识别的调控环境,例如使用测序法对转座酶可达染色质进行单细胞分析(scac -seq),这将为理解特定间充质细胞亚群在人类肺部发育和疾病中的谱系和作用提供一个额外的维度。
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脚注
利益冲突:J.M.S.苏克雷没有什么要披露的。
利益冲突:J.哈古德有没有透露。
年代upport statement: This work was supported by NIH K08 HL143051 (J.M.S. Sucre) and the Parker B. Francis Fellowship (J.M.S. Sucre), as well as by the NIH Common Fund, through the Office of Strategic Coordination/Office of the NIH Director under NIH U54 HL145608 (J. Hagood). Funding information for this article has been deposited with theCrossref资助者注册表.
- 收到2019年12月4日。
- 接受2020年1月6日。
- 版权©2020人队