单细胞测序技术概述与展望2021-09-27 09:26:36
自从单细胞测序技术面世以来,已逐渐揭开多种疾病的神秘面纱,尤其在胚胎发育和肿瘤机制及治疗领域有着广阔的应用前景。目前在其肿瘤领域已有很多优秀的工作,如人们利用单细胞测序技术深入了解肺癌细胞和结直肠癌微环境特征、乳腺癌细胞微环境的免疫细胞表型、头颈部鳞状细胞癌、肾癌细胞特征及卵巢癌等。此外,单细胞测序技术在其他疾病上的应用也体现出巨大的价值,如对脑细胞图谱的绘制帮助人们理解神经系统疾病的发生原因以及奥尔默兹海默症相关的疾病线索,高分辨率小肠上皮细胞表达图谱的绘制为肠道如何防止病原体入侵提供了线索以及通过分析细胞组成和基因表达动态变化剖析了糖尿病的发生与发展。
但是目前单细胞测序技术还有待进一步提升,如单细胞悬液的制备。由于某些样本十分稀少且难以获得,细胞悬液制备过程中操作复杂、条件苛刻,稍有不慎会造成样本的细胞死亡率过高,或被污染致使在后期数据处理过程中达不到质控要求,造成数据失真或损失。再者由于单个细胞的 DNA 含量极少,需要扩增至可测序的数量,尽管人们在各个阶段都采取措施(如采用高保真酶、特殊引物、数据处理标准化等),但全基因组扩增产生的扩增偏倚仍难以避免,且较为微弱的拷贝数变异仍然可能在背景噪音中掩盖。这就不单单需要单细胞测序技术的创新发展,也需要辅助测序手段,如捕获、扩增技术的共同进步。另外,现有的单细胞测序技术是针对含有 poly-A 尾的 mRNA,对于其他可能有重要功能却没有该特点的microRNA,lncRNA 等尚未建立完善的测序手段,这可能是单细胞测序技术未来需要克服的困难之一。
现有文献表明肝脏是个庞杂的细胞群体,多种肝疾病(如肝硬化、肝癌等)发生发展也是细胞与细胞、细胞与微环境共同作用的结果。虽然已有相关工作表明肝脏中的免疫细胞之间联系和功能复杂,但更有意义的是进一步描绘其在疾病发展全过程的动态变化。利用单细胞测序技术对肝脏中的免疫细胞进行详细的分群也能帮人们进一步了解肝脏疾病的发病机制。当下成熟的单细胞测序在数据处理上多用 t-SNE 降维方法将细胞群投影到二维空间中,但实际上这会导致细胞的某个方向上的空间信息的丢失,因此将细胞一一映射到三维空间是单细胞测序未来需要完善的。
保存完整的空间信息对分析很多器官细胞的动态变化至关重要,近期通过分析来自13位中国人的神经胶质瘤表达图谱,生成了胶质瘤的时空景观,揭示了胶质瘤不同子区域之间的侵袭模式,这是单细胞测序在肿瘤空间信息方面的又一次探索,虽然已有部分科研人员对肝脏细胞的空间信息作出了初步尝试,但仍然不够深入,也许对肝内多种细胞群的空间解析会带来更加有趣的结果。
出自《单细胞测序技术在肝脏疾病的应用与展望》作者过冬冬,孙芬,贺轩昂。
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