2025-01-24
随着生命科学研究的不断深入，高通量测序技术已全面引领科研步入“多组学时代” 。其中，单细胞转录组能从单个细胞水平反应基因的差异表达，从而揭示细胞水平的刺激响应机制；而微生物作为地球上数量最多的生命体，是影响宿主或组织微环境状态重要的生物因素，逐渐成为研究者们关注的对象。针对二者开展的联合分析已成为备受关注的热点议题。
不过，熟悉单细胞转录组的研究者往往会对微生物知之甚少，而熟悉微生物研究的学者们在设计单细胞转录组实验时又会感到无从下手。所以，如何构建好的单细胞与微生物组研究与分析方案成为我们关注的内容。下面小编就带大家一起来探究单细胞转录组与微生物组的关联策略吧！
单细胞与微生物的关联分析策略
单细胞转录组和微生物组联合分析可以揭示微生物对宿主细胞生物学行为的影响，也可以反映宿主细胞对微生物的响应。
思路一：以单细胞转录组为出发点的分析策略
此策略先从细胞层面剖析宿主的生物学行为动态变化，其中包括但不限于细胞的增殖、分化、迁移、凋亡以及细胞间通讯等关键生物学过程。通过对这些行为变化的精准解析，找到关键细胞类型及靶点后验证此靶点对微生物群落的影响。
思路二：以微生物组为出发点的分析策略
先进行微生物群落组成分析，可以大致观察是否有与表型相关的菌群丰度变化，初步挖掘关键菌群，进一步可以通过差异分析挖掘出更多潜在的差异菌群作为目标菌落。随后，结合单细胞转录组数据，揭示目标菌落对宿主细胞行为所产生的影响，明确微生物在宿主细胞生理功能调节和病理状态演变过程中的作用方式和分子机制。
下面我们通过几篇文献来探究单细胞转录组和微生物组是如何联合应用的。
案例一
中文题目：补充高糖饮料通过肠道微生物群调节刺激对胶质母细胞瘤的抗肿瘤免疫反应
期刊：Cell reports
影响因子：14.7
发表日期：2023-10-06
研究背景：
近年来，伴随人体微生物组研究的不断深入以及肿瘤内微生物的相继发现，人体共生微生物与肿瘤之间关系的研究逐渐成为科研热点。微生物组在肿瘤的诊断、发展机制探究及治疗策略开发等诸多领域，均展现出了极高的应用潜力。胶质母细胞瘤作为一种恶性程度极高的脑部肿瘤，其肿瘤微环境具有显著的免疫抑制特性，这无疑为该疾病的治疗带来了巨大挑战。在此背景下，微生物组与胶质母细胞瘤的相互作用研究，为攻克这一顽疾提供了全新的理论视角与研究方向。
研究思路：
研究结论：
高糖饮食能提高胶质母细胞瘤小鼠模型的存活率；
高糖饮食通过调节肠道菌群提高对胶质母细胞瘤的抗肿瘤免疫反应；
高糖饮食能诱导脱硫弧菌在胶质母细胞瘤小鼠肠道中定植；
脱硫弧菌在抗肿瘤免疫反应中发挥关键作用；
高糖饮食和抗PD-1联合治疗可使T细胞在胶质母细胞瘤中发挥更有效的抗肿瘤特性
案例二
中文题目：PIM1-HDAC2 轴通过表观遗传修饰调节肠道稳态
期刊：Acta pharmaceutica Sinica. B
影响因子：14.7
发表日期：2024-04-24
研究背景：
溃疡性结肠炎（UC）作为一种非特异性的慢性肠道炎症性病症，在消化系统疾病研究领域备受关注。肠黏膜屏障的受损状况被视为溃疡性结肠炎发病机制中的关键致病因素之一。在肠道生理结构中，结肠杯状细胞凭借其分泌黏液蛋白的功能，进而形成肠道保护层，在维持黏膜屏障完整性及正常生理功能方面发挥着不可或缺的作用。人前病毒整合位点1（PIM1）作为一种可调控多种细胞功能的分子，在细胞信号传导、增殖与凋亡等多个生物学过程中均展现出重要的调控活性。然而，截至目前，PIM1在结肠炎病程中对于肠道稳态维持所发挥的具体作用，尚缺乏系统性研究与明确结论，亟待深入探究。
研究思路：
研究结论：
本研究首次证实PIM1具备作为杯状细胞分化关键调节因子的功能，这一成果进一步明晰了PIM1在肠道内稳态维持过程中的作用机制。研究人员在对溃疡性结肠炎患者的结肠组织进行检测时，发现其中PIM1的表达水平显著升高。这一发现揭示了PIM1在溃疡性结肠炎领域具有作为生物标志物及治疗靶点的潜在价值，有望为溃疡性结肠炎的早期诊断、病情监测以及精准治疗开辟新的研究方向与临床思路。
案例三
中文题目：微生物组驱动的肝内 B 细胞激活通过先天性和适应性信号传导加重非酒精性脂肪肝
期刊：Hepatology
影响因子：12.9
发表日期：2021-08-01
研究背景：
在肝脏疾病领域，非酒精性脂肪肝炎（NASH）的流行趋势愈发显著，已快速攀升为导致肝衰竭的主要病因，同时也是肝脏移植的重要指征。肝脏炎症作为NASH的关键病理特征，其背后涉及的免疫通路却尚未完全明确。B淋巴细胞作为适应性免疫系统的重要组成部分，在免疫应答过程中发挥着至关重要的调控作用。然而，目前对于B细胞在NASH发病机制中的具体作用，以及其在肝脏微环境中被激活的潜在分子机制，仍缺乏深入且全面的认识，亟待开展进一步的研究与探索 。
研究思路：
单细胞转录组测序揭示HFHC饮食诱导的NASH小鼠肝脏中存在促炎性B细胞的聚集和活化
转录组分析显示MyD88介导NASH中B细胞的促炎功能
微生物组揭示移植NASH患者粪菌增加了受体小鼠肝脏中的B细胞积累和活化，从而加剧NASH，提示肠道菌群因素驱动了B细胞在NASH中的致病性。
研究结论：
1、HFHC饮食诱导的NASH小鼠肝脏中存在促炎性B细胞的聚集和活化，而B细胞缺陷小鼠的肝脏炎症和纤维化得到改善；
2、MyD88是B细胞在NASH过程中促进肝脏炎症、纤维化和损伤所必需的；
3、NASH中的B细胞活化受到B细胞受体信号，提示B细胞活化整合了天然免疫和适应性免疫机制;
4、移植NASH患者粪菌增加了受体小鼠肝脏中的B细胞积累和活化，从而加剧NASH，提示肠道菌群因素驱动了B细胞在NASH中的致病性。
