目前,新型冠狀病毒感染疫情仍處于膠著狀態(tài)。為了能盡快研制治療新冠病毒的藥物,科學(xué)家投入臨床研究和科研中,不斷認(rèn)識(shí)和理解新冠病毒的致病機(jī)制。新冠病毒與SARS病毒結(jié)構(gòu)相似,都是通過(guò)結(jié)合ACE2受體進(jìn)入人體細(xì)胞來(lái)發(fā)揮作用。肺臟中存在ACE2,因此可能成為病毒的主要攻擊靶點(diǎn),但陸續(xù)發(fā)現(xiàn)很多患者也出現(xiàn)了器官功能受損癥狀。日前,《柳葉刀》子刊Lancet Respiratory Medicine發(fā)表了武漢金銀潭醫(yī)院收錄的52名新冠肺炎危重患者的臨床疾病進(jìn)展和相關(guān)研究結(jié)果,發(fā)現(xiàn)其中15名(29%)患者出現(xiàn)急性腎臟損傷,12名(23%)出現(xiàn)心臟損傷,15名(29%)出現(xiàn)肝功能異常。因此,了解ACE2在人體組織的分布及表達(dá)水平對(duì)解析病毒的作用機(jī)制具有一定的意義。
單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)描繪的人類多臟器的細(xì)胞圖譜以及單細(xì)胞公共數(shù)據(jù)在表征ACE2在人體器官組織中分布的研究起到關(guān)鍵性作用。
本期,我們針對(duì)性的下載了幾組功能性器官的公開(kāi)單細(xì)胞測(cè)序數(shù)據(jù),通過(guò)Novelbrain單細(xì)胞云平臺(tái)來(lái)看一下ACE2的表達(dá)情況,并描述了利用生信分析可以展開(kāi)的進(jìn)一步挖掘方向。
1. 肝組織細(xì)胞圖譜研究
標(biāo)題:Single cell RNA sequencing of human liver reveals distinct intrahepatic macrophage populations
期刊及發(fā)表時(shí)間:Nature Communication,2018年10月
樣本及數(shù)據(jù)分析:樣本來(lái)源于5名donors,消化并通過(guò)10× Genomics平臺(tái)進(jìn)行單細(xì)胞捕獲,最終分析得到8437個(gè)細(xì)胞(文章共分析得到8444個(gè)細(xì)胞,Novelbrain單細(xì)胞分析平臺(tái)在分析過(guò)程中過(guò)濾了部分低基因表達(dá)細(xì)胞)。
分析結(jié)果:通過(guò)單細(xì)胞瀏覽器(SingleCell Browser)對(duì)Marker Gene的表達(dá)進(jìn)行檢索,可以對(duì)細(xì)胞類型進(jìn)行初步鑒定,發(fā)現(xiàn)共有肝細(xì)胞、肝竇內(nèi)皮細(xì)胞、膽管細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、T細(xì)胞、NK細(xì)胞、B細(xì)胞、漿細(xì)胞以及一小部分紅細(xì)胞,并在瀏覽器上直接生成定義好細(xì)胞類型的t-SNE圖以及相關(guān)Marker Gene的Bubble Plot(圖1)。
圖1 肝組織的細(xì)胞類型鑒定
通過(guò)對(duì)ACE2基因表達(dá)情況的染色發(fā)現(xiàn)其主要在部分膽管細(xì)胞中表達(dá),并通過(guò)單細(xì)胞瀏覽器獲得該基因的t-SNE圖來(lái)描繪其表達(dá)分布特征(圖2)。
圖2 ACE2的表達(dá)分布情況
由于從上圖中可以看到,ACE2只在膽管細(xì)胞的一部分細(xì)胞中存在表達(dá),所以我們可以通過(guò)單細(xì)胞分析平臺(tái)對(duì)膽管細(xì)胞所在的cluster進(jìn)行re-cluster,獲得更細(xì)致的分類。分析共得到三個(gè)亞群,結(jié)果發(fā)現(xiàn)ACE2特異性的只在其中一個(gè)cluster中表達(dá)(圖3)。
圖3 膽管細(xì)胞亞群的re-cluster
接下來(lái),我們就可以針對(duì)這個(gè)ACE2陽(yáng)性的細(xì)胞亞群進(jìn)行一系列的深入分析,去探索該亞群的特征以及ACE2接收到信號(hào)后可能開(kāi)啟的下游功能。通過(guò)SCENIC分析轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控特征(之前title和鏈接),可以發(fā)現(xiàn)該群體會(huì)受到多個(gè)轉(zhuǎn)錄因子的特異性調(diào)控(圖4A)。在基因表達(dá)層面,可以通過(guò)差異基因分析得到ACE2陽(yáng)性膽管細(xì)胞群體和ACE2陰性膽管細(xì)胞群體的差異基因及可能潛在的影響(圖4B),并通過(guò)打分方式獲得在pathway激活程度上的差異(圖4C)。差異基因分析發(fā)現(xiàn)。另外共表達(dá)分析,還可以找到與ACE2存在共表達(dá)的基因及可能的下游調(diào)控機(jī)制(圖4D)。(烈冰生物還支持更多定制化深入分析,通過(guò)文末郵箱或電話聯(lián)系我們獲取更多信息吧)
圖4 對(duì)ACE2的進(jìn)一步分析
2. 肺組織細(xì)胞圖譜研究
標(biāo)題:Single-Cell Transcriptomic Analysis of Human Lung Provides Insights into the Pathobiology of Pulmonary Fibrosis
發(fā)表期刊:Am J Respir Crit Care Med
發(fā)表時(shí)間:2019年6月
樣本及數(shù)據(jù)分析:樣本來(lái)源于8名donors,消化并通過(guò)10× Genomics平臺(tái)進(jìn)行單細(xì)胞捕獲,最終分析得到43558個(gè)細(xì)胞。
●分析結(jié)果 ●
通過(guò)單細(xì)胞瀏覽器(SingleCell Browser)對(duì)Marker Gene的表達(dá)進(jìn)行檢索,可以對(duì)細(xì)胞類型進(jìn)行初步鑒定,發(fā)現(xiàn)共有I型肺泡上皮細(xì)胞(混入一小部分基底細(xì)胞和棒狀細(xì)胞,需細(xì)分才能區(qū)分)、II型肺泡上皮細(xì)胞、纖毛細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞、T細(xì)胞、B細(xì)胞、漿細(xì)胞以及部分潛在的雙細(xì)胞群體(同時(shí)表達(dá)兩種細(xì)胞類型的Marker)。通過(guò)對(duì)ACE2的表達(dá)進(jìn)行檢索,發(fā)現(xiàn)其主要表達(dá)在II型肺泡上皮細(xì)胞中(圖5)。
圖5 肝組織中ACE2主要表達(dá)在II型肺泡上皮細(xì)胞
3.腎組織細(xì)胞圖譜研究
標(biāo)題:Comparative analysis and refinement of human PSC-derived kidney organoid differentiation with single cell transcriptomics
發(fā)表期刊:Cell Stem Cell
發(fā)表時(shí)間:2018年12月
樣本及數(shù)據(jù)分析:樣本來(lái)源于1名donors,制備成細(xì)胞核并通過(guò)10× Genomics平臺(tái)進(jìn)行單細(xì)胞捕獲,最終分析得到4524個(gè)細(xì)胞。
●分析結(jié)果 ●
通過(guò)單細(xì)胞瀏覽器(SingleCell Browser)對(duì)Marker Gene的表達(dá)進(jìn)行檢索,可以對(duì)細(xì)胞類型進(jìn)行初步鑒定,發(fā)現(xiàn)共有近端腎小管、連接小管、集合管、遠(yuǎn)曲小管、足細(xì)胞、亨利氏袢、潤(rùn)細(xì)胞。通過(guò)對(duì)ACE2的表達(dá)進(jìn)行檢索,發(fā)現(xiàn)其主要表達(dá)在近端腎小管中(圖6)。
圖6 腎組織中ACE2主要表達(dá)在近端腎小管
根據(jù)現(xiàn)有的幾組數(shù)據(jù),可以看到除了肺組織外,其余兩個(gè)臟器中也存在表達(dá)ACE2的細(xì)胞,且主要為膽管細(xì)胞和近端腎小管,暗示這兩類細(xì)胞也會(huì)成為潛在的感染對(duì)象,并可能引起了臨床產(chǎn)生的器官功能受損癥狀。
上述分析得到的所有結(jié)果通過(guò)單細(xì)胞瀏覽器進(jìn)行公開(kāi)展示,并將其收錄進(jìn)烈冰單細(xì)胞瀏覽數(shù)據(jù)庫(kù)NovelBrain CellAtlas。
本數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)不僅僅可以查看ACE2的表達(dá)分布情況,還可以檢索任何您關(guān)注的基因!
網(wǎng)址:http://cellatlas.novelbrain.com/
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