文献分享 —— 单细胞和单核RNA测序中细胞类型分布的比较

本周推文是对一篇单细胞和单核RNA测序中细胞类型分布的比较的文献进行解读，本来想拿这篇文献的数据去做个复现，然后发现文章中最后写着【由于机构的规定，本研究的个人级测序和详细临床数据不能上传到公共存储库域】。那接下来就从文献角度来了解一下吧。

文章信息：

文章题目：Comparison of cell type distribution between single-cell and single-nucleus RNA sequencing: enrichment of adherent cell types in single-nucleus RNA sequencing. 期刊：Experimental & Molecular Medicine 日期：2022 Dec DOI：10.1038/s12276-022-00892-z

摘要：

单细胞核糖核酸(RNA)测序(scRNA-seq)是一种用于估计新鲜组织中单个细胞的细胞组成和转录谱的有效技术。单核RNA测序(snRNA-seq)对于在冷冻或难以分离的组织中进行这种类型的分析是必要的，这些组织不能受到scRNA-seq的影响。组织状态的这种差异导致了每个平台中细胞类型分布的变化。为了确定这些方法的特点及其差异，对结肠和肝组织并行进行scRNA-seq和snRNA-seq。

这两个平台显示了相似的多样性，但在匹配的组织中细胞类型的比例不同。snRNA-seq中结肠上皮细胞和肝脏肝细胞比例较高，scRNA-seq中免疫细胞比例较高。这种差异可能是由于scRNAseq过程中细胞质内容物的破坏导致粘附基因表达分数的变化。结肠中上皮细胞的富集导致上皮细胞分化的差异。这些结果表明，snRNA-seq可以用于分析不能接受scRNA-seq的组织，并在特定的细胞类型分析中提供更多信息。

结果：

两种单细胞RNA测序平台的比较

比较了两种单细胞RNA测序平台，并测试了来自两种手术切除组织的相同样本 (四个结肠组织样本和四个肝脏组织样本)。在每个平台上，收集了16,532个用于snRNA-seq的结肠组织细胞和12,526个用于scRNA-seq的结肠组织细胞。收集了13,144个肝组织细胞用于snRNA-seq, 12,313个肝组织细胞用于scRNA-seq。

分析结肠组织和肝组织的细胞类型

进行了一项综合分析，以确定不同平台的细胞类型和比例的差异。在筛选细胞后，分析了21,226个结肠组织细胞(snRNA-seq, 13,580; scRNA-seq, 7646)。通过使用Seurat包中嵌入的功能进行批量校正后，我们使用之前在文献29中定义的细胞类型特异性典型标记基因定义了7种主要的结肠组织细胞类型:上皮细胞、成纤维细胞、内皮细胞、T/自然杀伤(NK)细胞、髓样细胞和B细胞 (图2a)。将两个平台的结果投射到UMAPs上，结果显示相同的细胞类型是保守的(图2b)。然而，不同的平台显示了不同的细胞比例 (图2c)。特别是，snRNA-seq 在检测上皮细胞方面表现出更好的灵敏度，而scRNA-seq在检测免疫细胞方面表现出更高的灵敏度 (图2d)。

使用这两个平台进行的实验和分析类似于在结肠组织中进行的实验和分析，这些实验和分析来自三名结肠癌患者的四种不同的转移性肝组织。筛选单元格类型后，共分析24,529个肝组织细胞 (snRNA-seq, 12,873; scRNAseq, 11656)。我们使用先前在文献中定义的标记基因鉴定了7种细胞类型: 肝细胞、胆管细胞、星状细胞和免疫细胞 (图2f、图2g）。肝细胞在两个平台上的模块评分均高于T/NK细胞 (图2e，左、中)。

结肠组织上皮细胞转录差异明显

实体瘤中细胞比例的差异可能与黏附结构的特点和分离过程中的凋亡应激有关。为了更深入地了解两个平台之间的分子差异对14,910个上皮细胞进行分类(snRNA-sq, 11,983个细胞;scRNA-seq, 2927个细胞)的差异表达基因。结果显示了不同的转录模式。snRNA-seq显示了具有相同总唯一分子标识符(UMI)计数的更多基因(图3a)。两个平台的结果在整合所有上皮细胞后投射到UMAPs上(图3b)。

当分析仅限于上皮细胞时，snRNA-seq和scRNA-seq分别只鉴定出20%和25%的基因。两个平台检测到的基因表达在所有4种样本类型中均呈弱相关。这表明它们表现出同一基因的不同表达水平(图3c)。

有趣的是，他们在肠道分化阶段基因的富集方面表现出差异29。根据snRNA-seq, LGR5是在上皮细胞中富集的肠道干细胞标志物，而ASCL2是另一个干细胞标记物，根据scRNA-seq, ASCL2是在上皮细胞中富集的。SLC26A3是上皮细胞中富集的成熟结肠细胞的标志物，而上皮细胞通过snRNA-seq富集。TFF3是另一种通过scRNA-seq富集的分化的结肠细胞标志物(图3d)。

分析细胞类型的方法比较

a 注释结肠肿瘤组织(SMC-50T)、苏木精-伊红(H&E， ×100)染色。注释指出了一个基质细胞(黄色)和肿瘤细胞(剩余细胞)区域(上方)，以及通过he染色、bulk-RNA测序(ESTIMATE)、snRNA-seq和scRNA-seq(下方)估计的肿瘤细胞(上皮细胞)百分比。

b 各平台与结肠组织批量测序结果的肿瘤百分比差异(n = 4)

结论：

在本研究中，作者使用两种组织类型比较了scRNA-seq和snRNA-seq。作者选择这些组织的原因是它们包含在有问题的组织中必须识别和分离的各种细胞类型。与之前报告的来自细胞系、人外周血单核细胞和小鼠皮质核的数据相比，获得的结果对于破译复杂的生物系统更有效。

虽然该文章结论与之前的研究一致，表明两个平台在识别细胞类型方面是一致的，但作者揭示了一个平台在不同情况下比另一个平台的条件优势。首先，由于这些平台显示不同的细胞分布，某些细胞分类可能指向一个平台。

综上所述，作者鉴定了由scRNA-seq和snRNAseq产生的细胞类型分布的特征和差异。对于匹配的组织，两个平台显示出相似的多样性，但细胞类型的比例不同。这可能是由于在scRNA-seq过程中，细胞质内容物被破坏，导致黏附基因表达评分的差异。通过snRNA-seq在结肠中富集的上皮细胞解释了结肠中上皮细胞分化的差异。文章中的结果揭示了每个平台及其特定应用所获得的细胞类型分布的特征和差异的原因。这也暗示了有必要根据研究目的选择特定的平台。