ARC测序是在scATAC测序的基础上，实现同一个细胞内的单细胞核转录组和单细胞ATAC信息同时捕获技术。基于10X Geomics ChromiumTM动态微流控技术，利用Tn5转座酶酶切开放染色质，形成短片段，单细胞ATAC测序在表观基因组学水平上，揭示单细胞染色质的可及性问题，区分细胞异质性，获得开放染色质的位置、转录因子的结合位点、核小体的调控区域和染色质状态等信息，是单细胞表观遗传学的重要突破。

图片来源： Buenrostro et al. (2013) Nature Methods, *10*(12), 1214. doi:10.1038/nmeth.2688

1、突破性改进制核手段：跳过样本消化步骤，直接冻存组织进行制核。这种方法可以大大节省时间和资源，并且提高制核效率，细胞核捕获率高达65%-80%
2、消除细胞解离偏差：消除由于消化偏好性造成的细胞解离偏差，保证制核质量远高于上机捕获要求，可以为后续的分析提供更准确的结果。
3、严格质量把控：烈冰全程进行严格的质量把控，从实验设计到分析产出提供一站式服务流程，确保客户获得高质量的数据和分析结果，并提供全面的支持和解决方案。
4、烈冰自主搭建分析云平台，一键实现数据分析，包括peak calling、聚类、TF-motif、细胞亚群、Marker基因和信号通路富集分析等。

· 新鲜/冻存组织,血液,培养细胞系等
· 初始细胞量大于50万个
· 新鲜样本：消化后活性>80%。
· 冻存组织：液氮速冻后-80℃C保存

实验分组：
Cohort 1：7名患者的前列腺组织
单细胞转录组测序  中央区:移行区:外周区=10：11：12
Cohort2： 4名患者的前列腺组织
（1）单细胞ARC测序  中央区:移行区:外周区=4：4：4 ；
（2）空间转录组测序  中央区:移行区:外周区=1：1：1。

单细胞捕获平台：
BD Rhapsody、10x genomics

主要技术手段：
单细胞转录组（scRNA-seq）测序、单细胞ARC测序（snRNA-seq + snATAC-seq）、空间转录组学（Visium）、免疫组化（IHC）和多重免疫荧光（IF）等

分析方法：
细胞聚类分析、空间特征表达分析、轨迹分析和功能富集分析、细胞间相互作用分析、拷贝数变异（CNV）分析等

前列腺是一个具有明显空间异质性特征的器官。为了更好地了解其复杂的结构和细胞组成，本文构建了一个全面的成人前列腺单细胞图谱。前列腺上皮主要由腔内细胞、基底细胞和神经内分泌细胞构成。尽管单细胞RNA测序技术已被广泛用于研究小鼠前列腺和人类恶性前列腺组织，但正常人类前列腺的特征仍不明确，且以往研究常忽略其区域特异性和间充质异质性，凸显了构建更全面细胞图谱的必要性。众多研究探索了前列腺癌的细胞起源，但其特定细胞类型仍不清楚，存在多种理论，近期研究提示罕见前列腺干细胞可能是疾病源头。本研究利用基于液滴的scRNA-seq、单核多组学和空间转录组学方法，鉴定了126个不同的细胞亚群，其中大部分为新发现，通过综合多组学分析，揭示了前列腺癌的潜在细胞来源，显著拓展了对人类前列腺细胞组成的认识。

1、成人前列腺细胞类型图

对样本进行单细胞测序并经过严格质控后，获得了253,381个高质量单细胞和34,876个细胞核的转录组谱，用于下游分析。初步注释确定了由标记基因定义的15种主要细胞类型。与多组数据相比，单细胞策略捕获了更多的免疫细胞，但更少的上皮细胞，这表明不同细胞类型对基于酶的解离敏感性不同。进一步细分细胞谱系确定了126种不同的细胞类型

2、前列腺上皮细胞亚群分布

进一步对测序所得的两个数据集进行细胞聚类分析，分别得到35个和19个亚群。这些细胞被分为以下三个主要群体：传统的KRT5+（CK5+）基底细胞和DPP4+（CD26+）管腔/腺泡细胞，以及一个独特的KRT5−DPP4−上皮细胞群，作者将其命名为"前列腺管腔（dLum）细胞。研究显示两个队列中相同的细胞亚群表现出很高的相似性，表明细胞类型注释具有很高的准确性，而在不同分区的细胞分布则具有显著异质性。

1、dLum细胞亚群和空间定位

进一步通过单细胞转录组分析将dLum细胞分为七个亚群。其中，d1_dLum–Club细胞表达SCGB1A1和SCGB3A1，类似于俱乐部细胞；d2_dLum–KRT4细胞表达KRT4（CK4）和KRT13（CK13），与多能腔内细胞和希洛克细胞相关。基底细胞中约四分之一也表达KRT13，表明希洛克细胞是一个异质性群体。

空间转录组分析显示，d1_dLum-Club细胞靠近尿道导管，与d2_dLum-KRT4细胞相邻，而KRT4−KRT13+基底细胞（B1_Basal-ESR1和B3_Basal-GPRC5A）则分散分布，且两种类型的基底细胞分布互斥，揭示了前列腺导管周围的多层结构。

多色免疫荧光和免疫组化染色进一步验证了这些发现，显示杯状细胞和CK4+细胞位于尿道周围管腔的内侧，而CK4−和CK13+基底细胞位于基底侧。周边腺泡中也检测到少量CK4+和CK4−CK13+基底细胞，CK4+细胞分散在管腔和基底细胞之间。

此外，d3_dLum-LTF细胞位于多层上皮的末端，形成柱状上皮管并与L1_Lum-LTF连接。d6_dLum-CNMD是一种罕见的腺管分布细胞，而d7_dLum-SPIB细胞具有潜在的抗原呈递能力，显示出高水平的MHC分子。这些研究揭示了dLum细胞亚群的异质性和功能多样性。

2、基底细胞的亚群和空间定位

研究人员通过分析揭示了两种KRT5+基底细胞谱系（KRT16+KRT17+和KRT16−KRT17−），并由snATAC分析支持。Krt4+管腔细胞被认为是潜在的干细胞，能够再生前列腺管腔和基底细胞。基于俱乐部细胞、CK4+细胞和CK4−CK13+基底细胞的转录组属性和空间分布，研究提出了一个潜在的分化途径，得到了多轨迹分析支持。转录因子分析显示两种分化轨迹上的差异激活，解释了KRT17+分支中细胞应激反应因子水平较高的原因。

B5_Basal-VCAN细胞是唯一主要位于外周区和移行区的基底细胞亚群。空间转录组学显示这些细胞位于腺泡基部，但在TGM4+腺泡中央区域和尿道周围导管中缺失。这些细胞表达WNT调控因子（如WIF1和SFRP1），可能在前列腺细胞形态的发育和维持中发挥作用。

此外，KRT16+ KRT17+分支的一个小分支通过FOXI1+状态和质子泵蛋白的表达，类似于肾插入细胞和支气管离子细胞，提示其在前列腺液中离子重吸收的潜在功能。轨迹分析显示，分化过程中基础信号通路逐渐丢失，而离子泵表达增加，表明基底细胞可能是前列腺中离子细胞的来源。免疫荧光染色进一步证实这些细胞主要位于尿道周围的腺体结构中。

空间转录组学分析，研究验证了含有独特腔内特征的CNA的前列腺腺体的存在，并探讨了其与前列腺肿瘤发生的关系。分析TCGA-PRAD RNA测序数据发现，2型和SFTPA2+特征是ETS−前列腺癌的共同特征，与突变驱动类型无关。其他上皮特征（如基底细胞和1型腔内细胞）与肿瘤纯度呈负相关，表明其非恶性身份。类似现象在亚洲队列CPGEA中也观察到，提示ETS−肿瘤可能起源于特定的细胞类型。单细胞RNA测序数据进一步支持这些发现，11例癌症细胞中10例表现出2型特征，其中4例同时表现出SFTPA2+特征。唯一表现出1型Lum细胞特征的病例由ETV4驱动，这与整体RNA测序结果一致。

空间转录组切片显示，2型癌前病变向癌症转变的直接证据。克隆1（正常）和克隆2（肿瘤）均表达2型特征（图6.2f-j），而克隆3具有不同的CNAs，提示其可能是早期分支或独立病变。这些发现支持2型前列腺癌起源于2型腺泡的假设。

此外，研究还发现多个独立的2型肿瘤和SFTPA2+肿瘤，具有不同的CNA模式和克隆起源。每个病变周围均存在正常的1型管腔细胞。

研究通过单细胞测序、空间转录组学和多组学整合分析，构建了一个高分辨率的成人前列腺细胞图谱，揭示了前列腺的细胞组成、空间异质性和潜在的前列腺癌细胞起源。主要发现包括：
1.识别了126种独特的细胞亚型，包括多种新的导管腔细胞和基底细胞亚型。
2.发现Type 2和SFTPA2+腔细胞可能是ETS融合阴性前列腺癌的共同起源细胞。
3.揭示了成纤维细胞的区域特异性和功能，特别是它们在前列腺上皮细胞分化中的作用。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41588-025-02139-9