2021-01-18
單細胞測序的研究目前已經越來越普遍，想要利用少樣本量的單細胞測序發表高分文章已經越來越難。如何花少量的經費發表高分文章，是困擾研究者的一個重大難題。
今天小編為大家介紹一篇只做了一個樣本的單細胞轉錄組，整合bulk轉錄組和代謝組解析肌肉內脂肪浸潤的發表在Journal of Cachexia Sarcopenia and Muscle（IF=9.802）的文章，一起了解一下多組學數據如何整合發表高分文章。
研究基礎 肌肉內脂肪浸潤是衰老和疾病過程中均會發生的生物學現象。肌肉中過度的脂肪積累導致肌肉力量下降，胰島素敏感性上升以及脂肪代謝失衡等，暗示肌肉內脂肪浸潤與肌肉功能失調密切相關，與肌肉相關疾病，如心肌疾病也密切相關。此外，家禽家畜的脂肪浸潤直接影響了肉質。因此，脂肪浸潤對于疾病研究和工業生產都具有重大意義。 脂肪浸潤微環境種包含多類細胞類型，包括肌肉干細胞，成脂成纖維祖細胞，肌肉細胞，脂肪細胞以及各類免疫細胞等。微環境中亦涉及各類不同脂類的過度積累，而該生物學過程是由不同類別細胞的不同基因表達紊亂導致的。因此，針對脂肪浸潤微環境的轉錄組和代謝組的聯合研究，可揭示微環境中的代謝物穩態和產生機制，以及其對微環境中的細胞發育的調控機制。 研究內容 單細胞轉錄組測序分析肌肉內脂肪浸潤狀態的細胞圖譜；肌肉內脂肪浸潤過程中關鍵細胞類群——成纖維細胞/成脂成纖維祖細胞（FAP）以及髓系細胞的marker基因和細胞演化分析； 代謝組學分析肌肉內脂肪浸潤狀態不同類別脂肪； bulk轉錄組測序分析肌肉內脂肪浸潤狀態的差異表達基因； bulk轉錄組測序和代謝組學分析冷處理狀態下肌肉內脂肪浸潤相關基因的差異表達和脂肪的差異積累。 樣本設置 10只通過甘油注射肌肉5天的脂肪浸潤模型小鼠混樣的一個單細胞測序； 甘油注射肌肉和NaCl注射肌肉14天的代謝組測定和bulk轉錄組測序； 4℃處理3天的模型小鼠的代謝組測定和bulk轉錄組測序。 研究結果 通過單細胞測序分析肌肉內脂肪浸潤的細胞圖譜以及不同細胞類別的marker基因。 針對成纖維細胞/FAP進行重新分群，將細胞分為5個亞群，針對每個亞群的marker基因進行展示。通過擬時序分析顯示，增殖型的FAP在細胞演化的起始狀態，肌成纖維細胞和肌肉間隙的成纖維細胞在細胞演化的終止狀態。 針對髓系細胞的marker基因表達結果顯示，一系列脂肪合成（Fabp4）、脂肪代謝（Fasn, Acsl, Gpd1, Lpin1, Scd1）、脂肪分化調控因子（Cebpb, Cebpa, Pparg）等基因在多個髓系細胞的亞群中均有表達，說明髓系細胞參與了肌肉內脂肪浸潤。 為進一步揭示肌肉內脂肪浸潤的脂肪代謝情況，對甘油注射14天和NaCl注射對照的小鼠肌肉進行代謝組學測定。在肌肉中鑒定到888種脂肪，其中503種脂肪在組間的積累有差異。 為揭示代謝物積累差異的機制，針對代謝組測定的相同組織進行bulk轉錄組測定。結果顯示一系列脂肪合成相關基因（Cebpa, Add1, Pparg, Lpl, Fabp4, Lep, Adipoq）在肌肉內脂肪浸潤組內表達上調。在肌肉內脂肪浸潤組內富集了extracellular matrix (ECM)， tin cell migration， cell adhesion等信號通路。 冷處理的小鼠體重下降，脂肪組織減少。作者對冷處理小鼠的肌肉進行了代謝組和轉錄組的測定。結果顯示98種脂肪呈現差異積累。肌肉分化的基因表達上升；一系列脂肪相關基因，如棕色脂肪marker基因，脂肪代謝基因等表達上升。冷處理誘導的脂肪含量上升主要是由影響脂肪代謝基因決定的。 結 論 髓系細胞參與肌肉內脂肪浸潤；甘油注射誘導的肌肉內脂肪浸潤影響脂肪含量和基因表達譜；短時間的冷處理調控脂肪代及其相關基因的表達。 然而，文章并沒有把單細胞轉錄組的結果和代謝組的結果進行良好的整合，沒有從單細胞轉錄組的角度解析代謝物含量差異這個表型的機制。作者在設置單細胞測序的樣本時，沒有進行case和control的設置，因此無法針對差異基因進行分析，當然無法對單細胞水平的差異基因表達和代謝物的差異積累進行聯合分析。若將代謝組的結果作為表型數據，利用單細胞轉錄組中脂肪代謝相關的細胞類群中的差異表達基因對代謝組數據進行機制解析，相信多組學整合的方案會更加完美。
