单细胞RNA测序揭示星形胶质细胞的异质性.pdf
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1、Chinese Journal of Tissue Engineering ResearchVol 28No.1January 2024139中国组织工程研究 Chinese Journal of Tissue Engineering Researchwww.CJTER.com综 述1华北理工大学附属开滦总医院神经内科,河北省唐山市 063000;2河北省神经生物机能重点实验室,河北省唐山市 063000第一作者:龙清熙,女,1991 年生,云南省红河州人,彝族,华北理工大学在读硕士,住院医师,主要从事干细胞及神经基因组学研究。通讯作者:元小冬,教授,主任医师,华北理工大学附属开滦总医院神经内
2、科,河北省唐山市 063000;河北省神经生物机能重点实验室,河北省唐山市 063000 https:/orcid.org/0000-0002-0795-403X(龙清熙);https:/orcid.org/0000-0002-2612-2781(元小冬)基金资助:2020 年度河北省创新能力提升计划项目-科技研发平台与新型研发机构建设专项(20567622H),项目负责人:元小冬;2020 年度唐山市科学技术研究与发展计划(第四批)(20130210D),项目负责人:元小冬引用本文:龙清熙,张萍淑,刘青,欧亚,张丽丽,元小冬.单细胞 RNA 测序揭示星形胶质细胞的异质性 J.中国组织工程研究
3、,2024,28(1):139-146.单细胞 RNA 测序揭示星形胶质细胞的异质性龙清熙1,张萍淑1,2,刘 青1,欧 亚1,2,张丽丽1,2,元小冬1,2文题释义:星形胶质细胞异质性:指星形胶质细胞在结构形态、胞质活性物质、膜受体、对创伤的反应、细胞间网络连接以及标记基因表达等方面存在的差异。单细胞RNA测序:“单细胞”指RNA采样丰度低到只有一个细胞的RNA也能测出序列,“RNA测序”指的是对细胞转录组RNA进行测序。单细胞RNA测序即对单个细胞进行 RNA 测序,在单细胞分辨率下进行基因表达的解析。摘要背景:星形胶质细胞是中枢神经系统含量最丰富的细胞,存在多种亚型具有很强的异质性,执行
4、着多种特殊功能。近年来,单细胞RNA测序技术从转录组分析的角度扩展了人们对星形胶质细胞异质性的理解。目的:综述单细胞RNA测序技术对星形胶质细胞在不同物种、不同时空以及不同疾病状态异质性研究的进展,扩展对星形胶质细胞异质性在分子和功能层面的认识。方法:检索PubMed、Elsevier及中国知网数据库收录的星形胶质细胞异质性及单细胞RNA测序研究相关文献,中文检索词为“星形胶质细胞、单细胞RNA测序、异质性、阿尔茨海默综合征、脊髓损伤、多发性硬化症”;英文检索词为“astrocytes,scRNA-seq,heterogeneity,Alzheimer disease,spinal cord
5、injury,multiple sclerosis”等,经过入组标准筛选,最终纳入74篇文献进行综述。结果与结论:星形胶质细胞的单细胞RNA测序相关研究显示,星形胶质细胞在不同物种、发育阶段、中枢神经系统区域和病理状态4个方面均存在明显的异质性。不同物种的星形胶质细胞出现某些基因的独特表达,物种特异基因的发现对临床研究的转化大有裨益。在星形胶质细胞发育过程中,各阶段鉴定出的细胞亚型出现了基因的差异表达,这进一步细化了星形胶质细胞的细胞谱系,为星形胶质细胞发育轨迹和机制的研究奠定基础。差异基因表达的发现可以对不同星形胶质细胞亚群进行区域定位,为构建“细胞图谱”做出贡献,为神经疾病的诊疗提供帮助。
6、单细胞RNA测序揭示的星形胶质细胞异质性可以在疾病诊断时提供特异性标志,发现潜在的治疗靶点。星形胶质细胞异质性存在于多个方面,交互且复杂,其产生、维持和转化的机制尚不清楚,目前在单细胞水平上的分子研究仍缺乏,将转录定义的星形胶质细胞亚群与细胞活动、行为和疾病标志实时联系起来仍然是该领域的巨大挑战之一。关键词:星形胶质细胞;单细胞RNA测序;异质性;阿尔茨海默病;脊髓损伤;多发性硬化症;综述Single-cell RNA sequencing reveals the heterogeneity of astrocytesLong Qingxi1,Zhang Pingshu1,2,Liu Qing
7、1,Ou Ya1,2,Zhang Lili1,2,Yuan Xiaodong1,2 1Department of Neurology,Kailuan General Hospital,North China University of Science and Technology,Tangshan 063000,Hebei Province,China;2Hebei Key Laboratory of Neurobiology,Tangshan 063000,Hebei Province,ChinaLong Qingxi,Master candidate,Resident physician,
8、Department of Neurology,Kailuan General Hospital,North China University of Science and Technology,Tangshan 063000,Hebei Province,ChinaCorresponding author:Yuan Xiaodong,Professor,Chief physician,Department of Neurology,Kailuan General Hospital,North China University of Science and Technology,Tangsha
9、n 063000,Hebei Province,China;Hebei Key Laboratory of Neurobiology,Tangshan 063000,Hebei Province,Chinahttps:/doi.org/10.12307/2023.743 投稿日期:2022-10-29采用日期:2022-12-09修回日期:2023-01-09在线日期:2023-02-01中图分类号:R452;R363;R364文章编号:2095-4344(2024)01-00139-08文献标识码:A 文章快速阅读:星形胶质细胞异质性的单细胞 RNA 测序文章特点不同的星形胶质细胞亚群在中枢
10、神经系统的发育、区域分布、疾病或疾病状态之间表现出显著的异质性,这些异质性在健康和疾病中的研究价值日趋重要。单细胞 RNA 测序技术从转录组分析的角度扩展了对星形胶质细胞异质性的理解。综述观点:(1)星形胶质细胞存在物种异质性,单细胞 RNA 测序能很大程度上解决种属差异导致临床转化困难机制研究的问题。(2)星形胶质细胞分化过程中细胞谱系存在明显的时间异质性,但目前单细胞分辨率研究仍然较少,这是未来探索的一个重要方向。(3)星形胶质细胞存在区域异质性,通过单细胞 RNA 测序分析可了解更精细的星形胶质细胞亚型位置,发现特定的区域内功能。(4)单细胞 RNA 测序研究方法能够确定不同的星形胶质细
11、胞亚群,识别出星形胶质细胞的新功能,发现其作为治疗靶点的潜力。140中国组织工程研究第28卷第1期2024年1月中国组织工程研究 Chinese Journal of Tissue Engineering Researchwww.CJTER.com综 述0 引言 Introduction星形胶质细胞是目前脑科学及细胞组织工程研究的热点,它均匀分布在整个中枢神经系统中,其表面的星状突起通过包裹神经元调节突触传递,并依靠钙离子波与神经回路进行交互,在调节中枢神经系统功能方面具有多种特殊的重要功能,与神经退行性病变、损伤和感染等疾病(如阿尔茨海默病的淀粉样变性、脊髓损伤的胶质瘢痕、帕金森病的-突触核
12、蛋白等)密切相关1。星形胶质细胞具有很强的可塑性及适应性,根据中枢神经系统不同发育阶段、区域分布特性和所处疾病情况,展现出不同的特性和功能。星形胶质细胞可转化为神经元,用于细胞移植治疗,而有效评估星形胶质细胞异质性至关重要。近年来,共聚焦显微成像、膜片钳、流式细胞检测、原位杂交技术和高通量测序分析等一系列研究方案均建立在对已知基因再探索的基础之上,即使进行高通量全基因组测序分析,也只是对整体细胞族群中特定基因平均丰度的检测,无法对不同亚群的细胞进行单细胞水平的归类分析,阻碍了对星形胶质细胞复杂多样性的全面认识。随着单细胞检测技术的发展和成本的降低,以单细胞 RNA 测序(single-cell
13、 sequencing,scRNA-seq)为代表的单细胞转录组测序技术被越来越多地应用于脑科学研究中,极大地促进了人们对星形胶质细胞异质性的理解。文章主要对单细胞转录组学以 scRNA-seq 为代表的技术探索星形胶质细胞异质性的研究成果作一综述。1 资料和方法 Data and methods1.1 资料来源 1.1.1 检索人及检索时间 第一作者在 2022 年 10 月进行检索。1.1.2 检索文献时限 2010-2022 年。1.1.3 检索数据库 PubMed、Elsevier 和中国知网数据库。1.1.4 检索词 中文检索词为“星形胶质细胞、异质性、单细胞RNA测序、阿尔茨海默综
14、合征、脊髓损伤、多发性硬化症”;英文检索词为“astrocytes,scRNA-seq,heterogeneity,Alzheimer disease,Multiple Sclerosis,Spinal Cord Injury”。1.1.5 检索文献类型 研究原著、综述、述评、经验交流、病例报告和荟萃分析。1.1.6 手工检索情况 手工检索纳入文献中少数年代久远的经典参考文献。1.1.7 检索策略 以 PubMed 和中国知网数据库检索策略为例,见图 1。1.1.8 检索文献量 初步检索到相关英文文献 102 篇,中文文献 7 篇。1.2 入组标准1.2.1 纳入标准 与星形胶质细胞发育、区域
15、特征、功能及疾病相关的文献;论述 scRNA-seq 发展及应用现状的文献;涉及内容相似时优先考虑近年文献。AbstractBACKGROUND:Astrocytes are the most abundant cells in the central nervous system,and various subsets of astrocytes are heterogeneous,performing a variety of special functions.Single-cell RNA sequencing(scRNA-seq)technology developed in rec
16、ent years has extended our understanding of astrocyte heterogeneity from the perspective of transcriptome profiling.OBJECTIVE:To summarize the heterogeneity of scRNA-seq technology in different time and space,and pathological states and expand our knowledge of astrocyte heterogeneity on both molecul
17、ar and functional levels.METHODS:The relevant articles on astrocyte heterogeneity and scRNA-seq were searched on PubMed,Elsevier,and CNKI databases.The search terms were“astrocytes,scRNA-seq,heterogeneity,Alzheimer disease,spinal cord injury,multiple sclerosis”in Chinese and English.Finally,74 artic
18、les were selected for viewing after screening according to inclusion criteria.RESULTS AND CONCLUSION:scRNA-seq studies related to the heterogeneity of astrocytes have shown that astrocyte is significantly heterogeneous across four aspects:species,developmentalstage,centralnervoussystemregion,andpath
19、ologicalstate.(1)Uniqueexpressionofcertaingenesoccursinastrocytesofdifferent species,and the discovery of species-specific genes is beneficial for the translation of clinical studies.(2)During astrocyte development,differential gene expression emerged in the cellular subtypes identified at each stag
20、e,which further refined the cellular lineage of astrocytes and laid the foundation for the study of astrocyte developmental trajectories and mechanisms.(3)The discovery of differential gene expression allows regional localization of different astrocyte subpopulations and assists in the diagnosis and
21、 treatment of neurological diseases.(4)Astrocyte heterogeneity revealed by scRNA-seq can provide specific markers at the time of disease diagnosis and identify potential therapeutic targets.(5)The heterogeneity of astrocytes exists in many aspects,interacts with each other and is complex.The mechani
22、sms of its generation,maintenance and transformation remain unclear.At present,molecular research on the single-cell level is still lacking.Linking transcriptionally defined astrocyte subpopulations to cellular activity,behavior and disease markers in real time remains one of the great challenges in
23、 the field.Key words:astrocyte;single-cell RNA sequencing;heterogeneity;Alzheimers disease;spinal cord injury;multiple sclerosis;reviewFunding:Hebei Provincial Innovation Capacity Improvement Plan in 2020-Science and Technology Research and Development Platform and New Research and Development Organ
24、ization Construction Project,No.20567622H(to YXD);Tangshan Scientific and Technological Research and Development Plan in 2020(The Fourth Batch),No.20130210D(to YXD)How to cite this article:LONG QX,ZHANG PS,LIU Q,OU Y,ZHANG LL,YUAN XD.Single-cell RNA sequencing reveals the heterogeneity of astrocytes
25、.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu.2024;28(1):139-146.图 1 中英文数据库文献检索策略图PubMed 数据库中国知网数据库#1 Astrocyte Title/Abstract#2 Single-Cell RNA Sequencing Title/Abstract#3 Heterogeneity Title/Abstract#4 Subtypes Title/Abstract#5 Alzheimer disease Title/Abstract#6 Spinal Cord Injury Title/Abstract#7 Multiple Scl
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