盘点：2022年终盘点：单细胞组学重磅级研究成果解读

时至岁末，2022年已经接近尾声，迎接我们的将是崭新的2023年，2022年科学家依旧在国际多个著名杂志上发表了很多关于单细胞组学重磅级的研究成果，本文中小编就按照月份依次梳理，对2022年科学家们取得的重要研究成果进行整理，分享给大家！

【1】 Cell: 成纤维细胞炎症启动决定驯鹿皮肤的再生与纤维性修复

DOI：10.1016/j.cell.2022.11.004

成年哺乳动物的皮肤伤口愈合形成纤维化疤痕。研究者报告全层损伤的驯鹿鹿角皮肤(天鹅绒)再生，而背部皮肤形成纤维性疤痕。单细胞多组学显示未受伤的丝绒成纤维细胞类似人类胎儿成纤维细胞，而背部皮肤成纤维细胞表达模拟成纤维成人和啮齿动物成纤维细胞的炎症介质。因此，损伤引起部位特异性免疫反应:背部皮肤成纤维细胞在修复过程中放大髓细胞浸润和成熟，而丝绒成纤维细胞采用免疫抑制表型，限制白细胞募集并加速免疫溶解。丝绒异位移植到形成疤痕的背部皮肤最初是再生的，但逐步过渡到纤维化表型，类似于在人类中报道的无疤痕的胎儿到形成疤痕的过渡。皮肤再生通过强化或中和这些病理成纤维细胞-免疫相互作用而减少。驯鹿代表了一个强大的比较模型来询问不同的伤口愈合结果，本研究的结果表明，纤维母细胞-免疫相互作用的解耦是一种有希望的减轻疤痕的方法。

【2】 Nature: 人胎儿小脑细胞图谱提示成神经管细胞瘤的起源和肿瘤发生

DOI：10.1038/s41586-022-05487-2

髓母细胞瘤(MB)是儿童最常见的恶性脑肿瘤，但最具侵袭性的第3亚型的起源仍不清楚，阻碍了有效靶向治疗的发展。以前对小鼠小脑的分析还没有完全确定MBs的成分异质性。在本研究中，研究者对新鲜分离的人类胎儿小脑进行了单细胞图谱分析，以建立描述MBs细胞层次状态的参考图谱。研究者确定了一个独特的移行小脑祖细胞连接神经干细胞到神经谱系发育胎儿小脑。交叉分析显示移行祖细胞在侵袭性MB亚群中富集，包括第3组和转移性肿瘤。单细胞多组学揭示了过渡祖细胞群体的潜在调控网络，包括转录决定因子HNRNPH1和SOX11，这些调控网络与3 MBs组的临床预后相关。基因组学和Hi-C分析鉴定出了新的远程染色质环并置HNRNPH1/ sox11靶向的超级增强子到MYC的顺式调节元件，MYC是3组MBs的致癌驱动因素。靶向过渡祖调节因子抑制MYC表达和MYC驱动的组3mb生长。研究者整合的人类小脑胎儿和MBs单细胞图谱显示，潜在的细胞群体易受肿瘤细胞状态和肿瘤发生的转化和调节回路的影响，突出了迄今尚未被认识到的过渡祖中间体对疾病预后的预测和潜在的治疗脆弱性。

早期发育的人类胎儿小脑单细胞图谱

【3】 Nat Biotechnol: 单细胞多组学允许结构变异的功能表征

DOI：10.1038/s41587-022-01552-3

在本研究中，研究者开发了一种基于Strand-seq的计算方法，该方法结合了单细胞中的核小体占用率和结构变异分析，以识别白血病中体细胞结构变异的功能效应。该方法揭示了体细胞驱动突变的分子后果，并为嗜铬白血病亚克隆的特异性治疗靶向提供了信息。

【4】 Cell Stem Cell: 空间动态代谢组学确定人类肾脏分化中的代谢细胞命运轨迹

DOI：10.1016/j.stem.2022.10.008

越来越多的证据表明，代谢在细胞命运的决定中发挥着重要作用。然而，以空间分辨率评估代谢是一个挑战，承认其组织微环境中的异质性和细胞动力学。利用多组学平台研究复杂组织中细胞类型特异性代谢动力学，研究者描述了人类肾脏发育过程中肾发生过程中的代谢轨迹。利用同位素标记的原位分析，在从肾小泡向s形体和近端小管分化的过程中，观察到从糖酵解到脂肪酸β氧化的转变。此外，研究者发现hipscs来源的类肾器官具有代谢不成熟表型的特征，不能利用线粒体长链脂肪酸进行能量代谢。此外，补充丁酸能促进肾小管上皮细胞的分化和成熟。研究者的发现强调了理解代谢轨迹的相关性，以有效地指导干细胞分化。

空间动态代谢组学确定人类肾脏分化中的代谢细胞命运轨迹

【5】 Cancer Cell: 多组学分析揭示了跨物种和起源组织的癌症相关成纤维细胞表型的保守性。

DOI：10.1016/j.ccell.2022.09.015

癌症相关的成纤维细胞(CAFs)是实体肿瘤微环境的组成部分。CAF曾经被认为是一个相对统一的产生基质的细胞群体，但单细胞RNA测序揭示了不同的CAF表型。在此，我们采用综合多组学方法进一步探讨了CAF异质性。利用成对的、同细胞染色质可及性和转录组分析，我们在复杂的空间转录组和蛋白质组学格局下对CAF亚群进行了综合分析，以确定三种超簇:稳态类(SSL)、机械反应类(MR)和免疫调节类(IM) CAFs。这些超簇在多种组织类型和物种中再现。选择性破坏潜在的机械力或免疫检查点抑制治疗导致CAF亚群分布的变化并影响肿瘤生长。因此，CAF超星系团之间的平衡可能具有相当大的翻译意义。总的来说，这项研究扩展了我们对CAF生物学的理解，确定了CAF分化的调节途径，并以物种和肿瘤不可知论的方式阐明了治疗靶点。

【6】 Nat Genet: 人类克隆造血的单细胞多组学显示，DNMT3A R882突变通过选择性低甲基化干扰早期祖细胞状态。

DOI：10.1038/s41588-022-01179-9

癌症基因的体细胞突变已在整个健康人体组织的克隆扩展中检测到，包括在克隆造血中。然而，由于突变型和野生型细胞混合在一起，研究者将基因型与表型联系起来的能力有限。为了克服这一限制，研究者利用多模式单细胞测序，捕获来自DNMT3A R882突变克隆造血个体的祖细胞的基因型、转录组和甲基组。DNMT3A突变导致髓系偏淋巴系，未成熟髓系祖细胞扩增，导致巨核-红系命运，并伴有谱系和白血病干细胞标记物表达失调。突变的DNMT3A导致polycomb压抑复合体2目标和特定的CpG侧翼基序的优先低甲基化。值得注意的是，低甲基化基序在关键造血转录因子的结合基序中富集，是DNMT3A突变和异常转录表型之间的潜在机制联系。因此，单细胞多组学为定义驱动克隆镶嵌的突变的下游后果铺平了道路。

【7】 Nat Methods: 敏感，灵活和模块化的单细胞多组学分析与ISSAAC-seq

DOI：10.1038/s41592-022-01600-5

单细胞基因组学技术的进步使研究多细胞生物的基因调控程序在前所未有的分辨率和规模。单细胞多模组学工具的开发是理解生物系统内部工作机制的又一重要步骤。

【8】 Nat Methods: ISSAAC-seq使单细胞中染色质可及性和基因表达的敏感和灵活的多模态分析成为可能

DOI：10.1038/s41592-022-01601-4

来自同一单个细胞的染色质可及性和基因表达的联合谱提供了动态过程中关于组织和细胞状态的细胞类型的关键信息。在本研究中，研究者在transosase -accessible染色质测序(ISSAAC-seq)后，开发了原位测序的异质rna - dna -杂交。ISSAAC-seq是一种高度敏感和灵活的单细胞多组学方法，可以从同一个细胞核中询问染色质的可访问性和基因表达。研究者证明了issac -seq是敏感的，并提供了比现有方法多数量级的高质量数据。利用小鼠大脑皮层10,000多个核的联合谱，研究者揭示了主要和罕见的细胞类型和细胞类型特异性调控元件，并在基因表达确定的细胞类型中确定了染色质水平的异质性。最后，研究者揭示了在少突胶质细胞成熟轨迹中基因表达和染色质可及性的不同动态和关系。

【9】 Nat Cell Biol: 综合多组学揭示多梳抑制复合体2限制人滋养细胞的诱导

DOI：10.1038/s41556-022-00932-w

人类原始多能干细胞具有无限制的谱系潜力。在这一特性的基础上，原始细胞被认为缺乏基于染色质的谱系障碍。然而，这一假设并未得到验证。在本研究中，研究者定义了人类初始和启动多能干细胞的染色质相关蛋白质组、组蛋白翻译后修饰和转录组。研究者的综合分析揭示了不同染色质模块的相对丰度和活性的差异。研究者发现多comb抑制复合物2 (PRC2)相关的H3K27me3在原始多能干细胞的染色质中高度富集，H3K27me3富集在谱系决定基因的启动子上，包括滋养细胞调节因子。PRC2活性作为染色质屏障限制原始细胞向滋养细胞谱系分化，而抑制PRC2促进滋养细胞命运的诱导和人胚细胞腔的形成。总之，本研究结果表明，人类幼稚多能干细胞并非不受表观遗传限制，而是具有染色质机制，反对诱导替代细胞命运。

hPTMs的分析显示，在比较初始和启动的多能性时，染色质修饰剂活性和丰度的解耦

【10】 Nat Biotechnol: 使用图形链接嵌入的多组学单细胞数据集成和调控推理

DOI：10.1038/s41587-022-01284-4

尽管出现了在单个细胞中同时测量多个组学模式的实验方法，但大多数单细胞数据集只包括一种模式。集成来自多种模式的组学数据的一个主要障碍是，不同的组学层通常具有不同的特征空间。在本研究中，研究者提出了一个名为GLUE(图链接统一嵌入)的计算框架，它通过明确地建模组学层之间的监管交互来弥合这一差距。系统基准测试表明，GLUE比用于异构单细胞多组学数据的最先进工具更准确、更健壮和可伸缩。我们将GLUE应用于各种具有挑战性的任务，包括三重组学集成、综合调控推理和在数百万个细胞上构建多组学人类细胞图谱，GLUE能够纠正以前的注释。GLUE采用模块化设计，可灵活扩展和增强，以适应新的分析任务。完整的软件包可以在https://github.com/gao-lab/GLUE网站上找到。

【11】 Nat Rev Genet: EpiDamID，一个新的单细胞多组学工具

DOI：10.1038/s41576-022-00491-8

组蛋白翻译后修饰(PTMs)和单细胞转录的同时谱分析使基因调控机制与基因表达和细胞状态相联系。然而，目前所有三种方法都依赖于Tn5的标记，Tn5对可接近染色质的偏好可能会引入偏差。现在，Rang等人描述了EpiDamID，一种基于单细胞DamID的正交方法。在这项技术中，产生了一个融合蛋白，包含一个染色质结合域，将其吸收到感兴趣的PTM和大肠杆菌Dam甲基转移酶，该酶将PTM近端GATC基序中的腺嘌呤甲基化，标记其位置。甲基化位点通过DNA测序来绘制，rna测序可以在同一细胞中并行进行。虽然目前EpiDamID的吞吐量和分辨率有限，但其简单的工作流程应有助于其与其他单细胞技术的集成，以进行额外的多模态分析。

【12】 Nat Methods: 单细胞多组学如何建立关系

DOI：10.1038/s41592-022-01392-8

为了评估细胞类型和细胞状态的过剩、病变组织的异质性或蛋白质进入细胞核的动态，或以高分辨率观察胚胎发育的“黑箱”，例如，研究人员可能希望在相同的细胞中测量DNA的可获得性以及mRNA和蛋白质的丰富程度，并寻求捕捉谱系信息和随时间的变化。单细胞多模态方法，即自然方法2019年度方法，需要实验和计算的集成，而不是一个按钮事件。本实验从单细胞获取信息的实验室在数据稀疏、成本和协议意外等令人头痛的问题之间取得了平衡。

【13】 Nat Rev Clin Oncol: 多发性骨髓瘤中肿瘤演化的单细胞图谱——精准医学的机遇

DOI：10.1038/s41571-021-00593-y

多发性骨髓瘤(MM)是一种浆细胞的血液学恶性肿瘤，其特点是大量的克隆内遗传异质性。尽管过去几年的治疗技术进步改善了治疗结果，延长了患者的生存时间，但MM在很大程度上仍然是无法治愈的。在过去的十年中，对患者样本的基因组分析表明MM不是一种单一的疾病，而是一系列具有相似临床症状的血液学实体。此外，对未确定意义的单克隆免疫球蛋白病和阴生MM的样本分析也表明，在前体阶段存在遗传异质性，在某些情况下与MM的遗传异质性非常相似。这种异质性强调了需要对潜在的疾病生物学进行更深入的剖析，特别是每个阶段MM的克隆多样性和分子事件，以便对进展风险高的个体进行分层。新兴的单细胞测序技术提供了一个最好的解决方案来描述意义不明的单克隆γ病变的复杂性，在这篇综述中，研究者讨论了基因组学如何揭示了MM克隆进化模式的新见解，并提供了单细胞研究的例子，这些研究开始解开骨髓肿瘤中单个细胞的突变和表型特征。免疫微环境与外周血。研究者还展望了未来的临床应用前景，提出多组学单细胞图谱可以指导早期患者诊断、风险分层和治疗策略。

【14】 Nat Cell Biol: 多层组学揭示了性别和储存依赖的脂肪祖细胞异质性

DOI：10.1016/j.cmet.2022.03.012

单细胞RNA测序(scRNA-seq)发现，成人白色脂肪组织(WAT)含有功能多样的间充质基质细胞亚群，这些亚群对组织可塑性的影响存在差异。到目前为止，这种细胞异质性的分子基础还没有完全确定。在本研究中，研究者描述了一种多层组学方法，从三个维度来分析脂肪祖细胞的异质性:祖细胞亚群、性别和解剖定位。研究者应用了最先进的质谱分析方法，定量了雄性和雌性小鼠性腺周和腹股沟WAT的8种不同基质细胞群中的4870个蛋白质，并使用RNA-seq获得了15477个基因的转录表达水平。本研究的数据揭示了界定前脂肪细胞分化中性别差异的分子特征，并确定了在功能上区分脂肪祖细胞亚群的调控途径。这个多层组学分析，提供了关于脂肪基质细胞异质性的前所未有的见解，并强调了互补蛋白质组学的好处，以支持来自scRNA-seq研究的发现

【15】 Nat Genet: 人支气管上皮细胞体细胞突变与衰老和吸烟的关系的单细胞分析

DOI：10.1038/s41588-022-01035-w

虽然吸烟者的肺癌风险依赖于吸烟剂量，但尚不清楚这种风险的增加是否反映了正常肺细胞体细胞突变积累率的增加。在本研究中，研究者对33名年龄在11至86岁之间、从从不吸烟到116包年不等的吸烟史参与者的近端支气管基底细胞进行了单细胞全基因组测序。我们发现，在不吸烟者中，单核苷酸变异和小的插入和缺失的频率随着年龄的增长而增加，在吸烟者中，突变频率显着增加。当与吸烟群体年作对比时，突变遵循癌症风险的线性增加，直到大约23群体年，此后没有观察到突变频率的进一步增加，指向个体选择避免突变。已知的肺癌定义的突变特征与年龄和吸烟都被跟踪。未观察到肺癌驱动基因体细胞突变的显著富集。

不吸烟者PBBCs随年龄增长的突变积累

【16】 Immunity: Fate mapping和scRNA测序揭示了淋巴结基质前体的起源和多样性

DOI：10.1016/j.immuni.2022.03.002

淋巴结(LN)基质细胞在LN发展和支持适应性免疫反应中发挥着至关重要的作用。然而，它们的起源、分化途径和转录程序仍然难以捉摸。在本研究中，研究者使用谱系追踪方法和单细胞转录组分析来确定LN基质和内皮祖细胞的来源、转录谱和组成。本研究结果表明，所有主要的基质细胞亚群和大部分血液内皮细胞来自于胚胎侧板中胚层(LPM)的Hoxb6祖细胞，而淋巴内皮细胞来自于旁轴中胚层(PXM)的Pax3祖细胞。单细胞RNA测序显示存在不同的Cd34和Cxcl13基质细胞亚群，并显示胚胎LNs含有可能代表终分化细胞扩增群的增殖祖细胞。综上所述，本研究确定了LN基质和内皮细胞的最早胚胎来源，并表明基质多样性在LN发育过程中就已经开始。

【17】 Science: Spatial-CUT&Tag:细胞水平上的染色质修饰空间解析剖面

DOI：10.1126/science.abg7216

空间组学是生物学和生物医学研究的一个新前沿。在本研究中，研究者通过结合原位切割标记化学、微流体确定性条形码和下一代测序，提出了空间切割标记对组蛋白修饰的空间分辨全基因组分析。小鼠胚胎染色质空间分辨状态揭示了与编码参考一致的组织类型特异性表观遗传调控，并提供了组织尺度的空间信息。空间切割&标记揭示了小鼠大脑皮层层发育和组蛋白修饰所决定的细胞类型空间模式的表观遗传控制。单细胞表观基因组可以通过使用免疫荧光成像识别仅包含一个细胞核的20微米像素在原位获得。组织中的空间染色质修饰谱为研究表观遗传调控、细胞功能和正常生理和发病机制中的命运决定提供了新的机会。

【18】 Science: 染色质速度揭示了表观遗传动力学的单细胞剖面异染色质和常染色质

DOI：10.1038/s41587-021-01031-1

最近的努力已经成功地在单细胞水平上测量开放染色质，但高通量的单细胞评估异染色质及其潜在的基因组决定因素仍然具有挑战性。研究者设计了一种包含异染色质蛋白-1α (HP-1α)的色域(CD)的杂交转位酶，通过与组蛋白3上赖氨酸9的三甲基化结合(H3K9me3)参与异染色质的组装和维护，并通过转位酶测序(scet -seq)开发了一种单细胞、单细胞基因组和表观基因组的方法，与单细胞转位酶可接近染色质的测序(scATAC-seq)不同，全面探测开放和封闭染色质，同时记录潜在的基因组序列。我们在癌症衍生的类器官和人类衍生的异种移植(PDX)模型中测试了scet -seq，并确定了导致癌症耐药的遗传事件和可塑性驱动机制。接下来，在封闭染色质和开放染色质差异富集的基础上，研究者设计了一种方法，染色质速度，以确定单细胞水平上表观遗传修饰的轨迹。染色质速度揭示了干细胞重编程过程中的表观遗传重组路径，并确定了驱动这些发育过程的关键转录因子。scGET-seq揭示了任何细胞过程背后的基因组和表观遗传景观的动态。（生物谷 Bioon.com）

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