2021-01-18
单细胞测序的研究目前已经越来越普遍，想要利用少样本量的单细胞测序发表高分文章已经越来越难。如何花少量的经费发表高分文章，是困扰研究者的一个重大难题。
今天小编为大家介绍一篇只做了一个样本的单细胞转录组，整合bulk转录组和代谢组解析肌肉内脂肪浸润的发表在Journal of Cachexia Sarcopenia and Muscle（IF=9.802）的文章，一起了解一下多组学数据如何整合发表高分文章。
研究基础 肌肉内脂肪浸润是衰老和疾病过程中均会发生的生物学现象。肌肉中过度的脂肪积累导致肌肉力量下降，胰岛素敏感性上升以及脂肪代谢失衡等，暗示肌肉内脂肪浸润与肌肉功能失调密切相关，与肌肉相关疾病，如心肌疾病也密切相关。此外，家禽家畜的脂肪浸润直接影响了肉质。因此，脂肪浸润对于疾病研究和工业生产都具有重大意义。 脂肪浸润微环境种包含多类细胞类型，包括肌肉干细胞，成脂成纤维祖细胞，肌肉细胞，脂肪细胞以及各类免疫细胞等。微环境中亦涉及各类不同脂类的过度积累，而该生物学过程是由不同类别细胞的不同基因表达紊乱导致的。因此，针对脂肪浸润微环境的转录组和代谢组的联合研究，可揭示微环境中的代谢物稳态和产生机制，以及其对微环境中的细胞发育的调控机制。 研究内容 单细胞转录组测序分析肌肉内脂肪浸润状态的细胞图谱；肌肉内脂肪浸润过程中关键细胞类群——成纤维细胞/成脂成纤维祖细胞（FAP）以及髓系细胞的marker基因和细胞演化分析； 代谢组学分析肌肉内脂肪浸润状态不同类别脂肪； bulk转录组测序分析肌肉内脂肪浸润状态的差异表达基因； bulk转录组测序和代谢组学分析冷处理状态下肌肉内脂肪浸润相关基因的差异表达和脂肪的差异积累。 样本设置 10只通过甘油注射肌肉5天的脂肪浸润模型小鼠混样的一个单细胞测序； 甘油注射肌肉和NaCl注射肌肉14天的代谢组测定和bulk转录组测序； 4℃处理3天的模型小鼠的代谢组测定和bulk转录组测序。 研究结果 通过单细胞测序分析肌肉内脂肪浸润的细胞图谱以及不同细胞类别的marker基因。 针对成纤维细胞/FAP进行重新分群，将细胞分为5个亚群，针对每个亚群的marker基因进行展示。通过拟时序分析显示，增殖型的FAP在细胞演化的起始状态，肌成纤维细胞和肌肉间隙的成纤维细胞在细胞演化的终止状态。 针对髓系细胞的marker基因表达结果显示，一系列脂肪合成（Fabp4）、脂肪代谢（Fasn, Acsl, Gpd1, Lpin1, Scd1）、脂肪分化调控因子（Cebpb, Cebpa, Pparg）等基因在多个髓系细胞的亚群中均有表达，说明髓系细胞参与了肌肉内脂肪浸润。 为进一步揭示肌肉内脂肪浸润的脂肪代谢情况，对甘油注射14天和NaCl注射对照的小鼠肌肉进行代谢组学测定。在肌肉中鉴定到888种脂肪，其中503种脂肪在组间的积累有差异。 为揭示代谢物积累差异的机制，针对代谢组测定的相同组织进行bulk转录组测定。结果显示一系列脂肪合成相关基因（Cebpa, Add1, Pparg, Lpl, Fabp4, Lep, Adipoq）在肌肉内脂肪浸润组内表达上调。在肌肉内脂肪浸润组内富集了extracellular matrix (ECM)， tin cell migration， cell adhesion等信号通路。 冷处理的小鼠体重下降，脂肪组织减少。作者对冷处理小鼠的肌肉进行了代谢组和转录组的测定。结果显示98种脂肪呈现差异积累。肌肉分化的基因表达上升；一系列脂肪相关基因，如棕色脂肪marker基因，脂肪代谢基因等表达上升。冷处理诱导的脂肪含量上升主要是由影响脂肪代谢基因决定的。 结 论 髓系细胞参与肌肉内脂肪浸润；甘油注射诱导的肌肉内脂肪浸润影响脂肪含量和基因表达谱；短时间的冷处理调控脂肪代及其相关基因的表达。 然而，文章并没有把单细胞转录组的结果和代谢组的结果进行良好的整合，没有从单细胞转录组的角度解析代谢物含量差异这个表型的机制。作者在设置单细胞测序的样本时，没有进行case和control的设置，因此无法针对差异基因进行分析，当然无法对单细胞水平的差异基因表达和代谢物的差异积累进行联合分析。若将代谢组的结果作为表型数据，利用单细胞转录组中脂肪代谢相关的细胞类群中的差异表达基因对代谢组数据进行机制解析，相信多组学整合的方案会更加完美。
