【学术前沿】Cell Regen l scRNA-seq和ST-seq技术在肝脏领域的应用

Review | Published: 03 February 2023

近年来，将基因表达数据与空间信息相结合的空间转录组学迅速发展。随着该方法在肝脏研究中的应用，我们对于肝脏发育、再生和疾病的认识得到了极大的提高。虽然这一领域正不断发展进步，但仍需要解决灵敏度、获得精确单细胞信息、数据处理方法等各种问题。因此，单细胞RNA测序（scRNA-seq）等方法通常与空间转录组测序（ST-seq）一起使用，以阐明细胞特异性基因表达。

近日，云南大学生命科学中心单昭课题组在Cell Regeneration上发表了题为“ScRNA-seq and ST-seq in liver research”的综述文章，主要总结了scRNA-seq和ST-seq技术在肝脏领域的应用，特别是ST-seq技术在肝脏研究中的优势、局限性和未来前景。

虽然肝细胞的异质性很久以前就被发现了，但关于细胞命运或互作的研究因受到技术限制而进展甚微。scRNA-seq尽管可以在单细胞水平上分析RNA表达，但需要从组织中分离细胞，在此过程中它们可能会失去其原始的空间身份。ST-seq通过捕获RNA信息并进行原位测序克服了这一弱点。

肝脏的结构和分区：肝小叶和分区示意图（上图）；肝区划及其主要功能总结（下图）

改绘自 Halpern K.B.et al. 2017 Nature

scRNA-seq, ST-seq

在肝脏发育研究中的应用

在胚胎发育过程中肝实质的细胞起源一直存在争议，而新兴的scRNA-seq和ST-seq技术为解释细胞起源提供了有效的帮助。研究报道一种胎儿肝胆杂合祖细胞在scRNA-seq技术中被发现，其具有杂合的基因表达特征以及肝脏和胆汁谱系的表型。另一项研究通过scRNA-seq构建了由内胚层和中胚层建立的原始肝细胞谱系图。通过整合人类受孕后8周至17周的胎儿肝脏的ST-seq和scRNA-seq数据，确定了9种细胞类型和主要发育途径。此外，scRNA-seq和ST-seq的相关研究数据也揭示了肝小叶的空间异质性是由沿着肝小叶轴的不同转录组形成的，Wnt信号对于中央静脉区的形成是必需的，而Ras信号对于门静脉区的形成是必需的。

scRNA-seq, ST-seq

在肝再生研究中的应用

再生细胞类型或肝脏再生分区仍是肝脏再生研究中较为关注的问题。ATAC-seq和ST-seq联合使用揭示了ZNRF3和RNF43在Axin2+肝细胞中微调Wnt信号传导从而介导增殖活性。通过对对乙酰氨基酚诱导的肝损伤进行scRNA-seq、bulk RNA-seq和ST-seq整合分析，发现在有丝分裂的压力下，整个小叶中的肝细胞几乎均等地增殖以补充缺失的细胞。对正常人肝组织进行scRNA-seq鉴定出TROP2int祖细胞群，其具有在体外形成肝器官样的潜能。此外scRNA-seq技术发现LSECs通过Tie2/Wnt信号通路促进肝细胞再生，表明微环境在肝再生中也发挥着重要作用。

scRNA-seq, ST-seq

在肝病研究中的应用

肝脏复杂的细胞组成使得肝病进展背后的分子机制很难解释，而scRNA-seq和ST-seq为解码肝病期间细胞组成的变化提供了可能。对急性肝损伤小鼠肝脏细胞进行scRNA-seq分析，鉴定出新的HSC、LSECs、KC、单核细胞和中性粒细胞亚群，急性肝损伤可以通过抑制MYC而减轻。肝癌scRNA-seq显示成纤维细胞有两个群体（Sparcl1+群体和Gja4+群体），其中Sparcl1+群体与减少血管侵袭和增加患者存活率相关。在多种测序技术构建的肥胖的人和鼠肝脏空间蛋白基因组图谱中，研究者可靠地鉴别和定位了脂质相关巨噬细胞，并揭示了驱动其独特转录组身份的微环境回路。总之，scRNA-seq和ST-seq的应用极大地丰富了对肝病期间细胞组成的认知。

综上所述，scRNA-seq是解码细胞异质性的有效工具，而ST-seq使得分析特定区域特定细胞的RNA转录组成为可能。除了转录组学，单细胞蛋白质组学或空间蛋白质组学可能对确定各种肝细胞的身份和功能具有更大的影响。此外，为了充分理解肝脏生理学或病理学中的分子机制，也需要考虑翻译后修饰。因此，如果所有的组学分析可以在相同的组织样本上进行，数据的准确性可能会大大提高。

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原标题：《【学术前沿】Cell Regen l scRNA-seq和ST-seq技术在肝脏领域的应用》

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