马上2023年啦，单细胞测序实验设计还能怎么做？Case，Control，加时序，加用药，加流式分选，加多组学联合...纷繁复杂的实验设计是否一度让你不知所措?是否身叠多重buff还在担心实验设计的新颖性？

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本期我们将聚焦一种很新的单细胞研究形式，运用开源数据库数据揭示了特异性内皮细胞转录组的独特特征。

研究背景

内皮细胞（ECs）构成了血液和淋巴管的内膜。ECs通过调节血流、血浆载大分子的输送、血管的形成和循环血细胞的粘附在组织内稳态中发挥着关键作用。ECs根据其所在的血管和组织的不同，存在着很大的功能异质性。虽然这些功能上的差异可能在转录组水平上有所表现，但维持ECs异质性的机制和其他可能相互作用的途径目前还不清楚。

针对此问题，来自斯坦福心血管研究所的David T. Paik团队应用单细胞测序实验数据，对来自12种主要组织和器官的内皮细胞进行剖析，揭示了组织特异性ECs和其他细胞类型之间潜在的血管分泌相互作用。

论著题目：Single-cell RNA-seq Unveils Unique Transcriptomic Signatures of Organ-Specific Endothelial Cells

发表期刊：Circulation

影响因子：39.9

实验设计

实验方法：利用Tabula Muris数据库对C57BL/6小鼠的12种主要组织或器官（脂肪组织、主动脉、大脑、膈肌、心脏、肾脏、肝脏、肺、乳腺、胰腺、骨骼肌、气管）进行分析

主要实验技术：scRNA-seq、microarray data analysis、Immunofluorescence

实验结果解析

01 组织特异性内皮细胞的异质性和分子特征

为了探究组织特异性ECs之间的差异，研究团队将Tabula Muris小鼠单细胞开源数据库中12种组织和器官的测序数据进行重新分析，结果发现来自大脑、肾脏、肺和肝脏的ECs似乎具有独特的转录组特征，而来自脂肪组织、心脏和主动脉的ECs在基因表达上出现了更多的相似性，表明不同的器官中的ECs可能具有不同程度的功能专门化。

图1.从Tabula Muris数据库中提取的12个主要器官内皮细胞的单细胞转录组数据

为了定义组织特异性ECs的标记物，研究团队检测了各器官ECs中排名前十的差异基因。如上所示，大脑和肝脏的ECs表达独特的基因集，而这些基因几乎无法在其他器官的ECs中检测到。相反，表征心脏、膈肌、脂肪组织、骨骼肌和乳腺ECs的差异基因则没有那么特异。这些发现证实了scRNA-seq在识别组织特异性ECs的转录组特征方面的效用。

图2.器官特异性内皮细胞差异表达基因的鉴定

02 器官特异性血管分泌因子与配体受体相互作用

基于已识别的器官特异性ECs差异基因，研究团队进行了pathway分析（应用KEGG数据库），发现了来自不同器官的ECs中共有的和独特的细胞通路，然而在器官特异性ECs中，大多数调控共同通路的基因都是不同的。

此外，基于ECs能够分泌特异性血管分泌因子，介导组织内稳态和功能的作用，研究团队尝试分析了每个器官中ECs表达的独特血管分泌因子。从ECs单细胞转录组数据中，他们发现了ECs和12个器官中所有测序的实质细胞类型之间潜在的配受体对，例如，Wnt信号在来自大脑、心脏、肝脏和肺的ECs中表达高度上调，但在器官特异性ECs中，参与Wnt信号调控的基因是不同的。

图3. 通路富集与血管分泌关系预测分析

03 ECs亚群的subCluster分析

研究团队使用subCluster分析来识别ECs的细分亚群，发现它们可能独立于胚胎组织，并确定了13个ECs亚群，且不同亚群在每个器官的百分比和绝对数量存在差异。

图4. subCluster揭示ECs的亚种群

04 器官特异性内皮细胞转录组的性别差异

为了确定性别对ECs基因表达的影响，研究团队进行了进一步聚类分析，结果发现一些组织（如主动脉、脑、肺）的ECs亚簇几乎完全由来自单一性别，而其他组织（脂肪组织、心脏、肾脏）的ECs亚群在性别间分布更均匀。

图5. 组织特异性ECs基因表达的性别差异

有趣的是，基因Lars2的表达是雄性小鼠内皮细胞所特有的。这些发现表明，在某些组织中存在着具有性别特异性的ECs子集，性别可能是组织特异性ECs转录组变异的一个重要来源。

图6. Lars2的表达是男性内皮细胞所特有的

05 小鼠与人内皮基因表达的相关性

那么这些发现，在人类ECs中是否成立呢？为了确定在小鼠ECs中的发现与人类内皮生物学的相关性，研究团队将小鼠数据与人类胎儿器官（如心脏、肾脏、肝脏和肺）中分离的ECs bulk RNA-seq数据进行了联合分析，当比较来自同一器官的ECs时，成年小鼠和人类胎儿ECs基因表达的相关性往往最强。这些发现表明ECs中组织特异性的转录组学表现在小鼠和人类之间相对保守。

图7. 小鼠对人体器官特异性EC转录组的翻译

全文总结

该研究使用Tabula Muris scRNA-seq数据，发现了维持组织特异性ECs的转录组特征网络，并明确了组织特异性ECs之间的新型血管分泌和功能关系。

本研究详细信息参见原文链接：doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.119.041433.

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