2024-12-27
近年来，高通量测序技术的发展，促进了研究人员在生命科学领域的研究。但是，这些技术研究的均是不同样本之间的差异，从而忽略了样本中不同细胞类型间的异质性，显然无法回答“从样本中检测到的基因/蛋白表达的变化，究竟是样本中某一种细胞类型的基因/蛋白表达变化造成的，还是细胞的群体行为？”这一问题。因此，对宏观上变化的基因/蛋白质进行细胞溯源分析变得越来越迫切。
单细胞转录组测序（Single-Cell RNA-Sequencing, ScRNA-Seq）是一种在单细胞水平上对转录组进行高通量测序和分析的技术，能够精准的揭示细胞间的异质性。通过与蛋白质组学联合，可以做到对宏观上变化的基因/蛋白质进行细胞精准溯源。
联合思路
单细胞转录组与蛋白质组的联合运用，能够有效整合多维度信息，进而提升对生物学过程的解析能力。一方面，通过关联二者的数据，可以更为准确地推断差异蛋白的细胞来源，为深入探究细胞间的调控网络提供关键线索；另一方面，这种联合方式有助于在众多潜在分子中筛选出具有生物标识功能的分子，通过相互印证和补充，进一步明确候选生物标志物的范围。在实际研究中，两者的联合联合思路主要可归纳为以下两种类型：
（1）通过蛋白质组学筛选蛋白标志物，在单细胞层面分析候选蛋白标志物的细胞来源；
（2）通过蛋白质组学筛选候选标志物，同时结合单细胞转录组数据进一步缩小并确定候选标志物。
下面我们通过几篇文献来探究单细胞转录组和蛋白质组是如何联合应用的。
案例一
中文题目：衰老的免疫细胞释放颗粒钙素促进骨骼衰老
期刊：Cell metabolism
影响因子：27.7
发表时间：2021.08
DOI：10.1016/j.cmet.2021.08.009
研究背景
骨髓微环境的主要功能是提供支持和调节骨骼各种细胞类型的功能的信号，包括造血和间充质细胞，以维持体内平衡。适当的骨稳态依赖于骨髓内协调一致的细胞活动，包括成骨细胞骨形成、破骨细胞骨吸收和骨髓脂肪积累。然而，在衰老过程中，骨稳态通常会被破坏。研究表明消除衰老细胞或抑制其促炎分泌可以预防与年龄相关的骨质流失和其他多种与年龄相关的合并症，如心血管功能障碍和胰岛素抵抗。因此，确定导致骨骼老化的细胞类型和关键SASP因子可能为治疗与年龄相关的骨质疏松症提供有效的策略。
研究思路
研究结论
（1）嗜中性粒细胞和巨噬细胞的促炎和衰老亚型组成的GcA +免疫细胞在骨髓中积累并分泌大量GcA，通过抑制骨转换和促进骨髓脂肪积累来诱导骨骼衰老。
（2）衰老过程中较高的内毒素水平可以驱动免疫细胞中的GcA表达。同时，GcA与Plxnb2受体结合部分抑制其在BMSC中的下游通路，抑制成骨生成并增强脂肪生成。
（3）GcA中和抗体显示出对老年小鼠骨骼的有益作用。靶向GcA+免疫细胞以防止骨骼衰老可能会提供一种新的治疗策略，不仅可以治疗骨质疏松症，还可以治疗多种与年龄相关的疾病、肿瘤发生、代谢紊乱和组织再生。
案例二
中文题目：通过单细胞转录组学和深层组织蛋白质组学绘制的衰老肺图谱
期刊：Nature communications
影响因子：14.7
发表时间：2019.02
DOI：10.1038/s41467-019-08831-9
研究背景
肺作为表面积最大的器官，经常暴露在过多的环境中。肺中有一系列的保护机制可以在受到损伤时提供修复能力。但这些机制似乎会随着年龄的增长而恶化，因为衰老会导致肺功能下降。而衰老是一个多因素过程，会在一系列复杂的事件中导致分子和细胞变化，而先前从未系统地分析过年龄对细胞类型水平的特定影响。
研究思路
研究结论
（1）单细胞转录组分析量化了30种细胞类型的细胞活性状态变化，创建了小鼠肺衰老细胞参考图谱；
（2）通过整合scRNA-seq、bulk RNA-seq和蛋白质谱分析，观察到了在年龄变化上的显著相关性，并很好地预测了肺衰老相关调节性蛋白的细胞来源；
（3）揭示了小鼠肺衰老的标志：Ⅱ型肺泡壁细胞和脂肪成纤维细胞胆固醇合成的增加。
案例三
中文题目：尿蛋白组学和肾脏单细胞基因组学联合检测狼疮性肾炎患者干扰素-γ应答梯度
期刊：JCI insight
影响因子：6.3
发表时间：2020.06
DOI：10.1172/jci.insight.138345
研究背景
狼疮性肾炎作为系统性红斑狼疮（SLE）最为严重的临床表现形式之一，其在临床表征及病理特征方面呈现出显著的多样性。其中，增殖性肾炎被视作一种具有高度侵袭性的疾病亚型，往往需要借助免疫抑制手段进行干预治疗。然而，现行的狼疮性肾炎分类体系主要基于组织病理形态学所呈现的静态特征，在反映炎症反应的动态变化及个体差异方面存在明显不足，难以精准把握疾病的内在异质性。故而，构建一种根植于疾病生物学机制的生物标志物体系迫在眉睫。
研究思路
研究结论
（1）发现患者在IFN-γ诱导的趋化因子梯度上分层，更高值可能确定为增生性狼疮肾炎患者；
（2）尿中决定梯度的趋化因子主要由浸润的CD8+T细胞、自然杀伤细胞和髓样细胞产生。尿趋化因子梯度与肾浸润CD8+细胞数显著相关；
（3）尿液蛋白质组学可反映狼疮性肾炎肾脏的生物学特性。患者病态特征可以在尿液中实时无创跟踪，实现诊断和个性化治疗。
案例四
研究内容：血浆蛋白质组+单细胞转录组联合筛选心肌梗塞后心力衰竭的生物标志物，并基于单细胞转录组数据揭示标志物对应的细胞来源问题。
期刊：Circulation
影响因子：35.5
发表时间：2020.09
DOI：10.1161/CIRCULATIONAHA.119.045158
研究背景
心肌梗死发生后，心力衰竭作为一种常见的远期并发症，严重影响患者的预后与生活质量。然而，当前针对心肌梗死后心力衰竭相关生物标志物的探索尚显不足，相关预防及治疗方式有限。因此亟需开发合适的标志物及相应药物靶点辅助疾病预测及预防。
技术路线
研究结论
（1）在CDCS队列中，212个差异表达的血浆蛋白与心衰事件显著相关。WCGNA对其中63种进行了优先排序，这些蛋白质表明，与对照组相比，患心肌梗死后心力衰竭的患者之间的相关性显著更高。无瑕队列的跨队列荟萃分析确定了36种与心肌梗死后心力衰竭相关的血浆蛋白；
（2）单细胞转录组鉴定出15种候选基因蛋白。大多数优先化的蛋白质来源于基质细胞。所有3个数据集共有的6种高浓缩蛋白质包括：心肌梗死后HF-N-末端B型利钠肽和肌钙蛋白T-的成熟生物标志物，以及新出现的生物标志物血管生成素2、血栓素2、潜在转化生长因子β结合蛋白4和卵泡抑素相关蛋白3。
