顶级期刊《Cell》-利用高通量单细胞测序绘制小鼠ECs图谱

10X高通量单细胞转录组测序技术再发高分文章！2020年2月20日，顶级期刊《Cell》报道了利用高通量单细胞测序绘制小鼠ECs图谱的文章。

该篇文章深度解析了小鼠11个组织ECs的异质性特征，共鉴定得到78个ECs亚型，所有分群结果均可在在线数据库中查询。

1. 第一次大规模提供了小鼠11个组织ECs图谱；

2. 该研究提供了可以用于数据挖掘的网络工具；

3. 详述了组织内和组织间ECs异质性特征；

4. 利用构建的ECs图谱对其他公共数据库数据进行了评价。

ECs排列在血管上，在维持氧气、传输营养物质等方面发挥重要作用。然而，单个组织内部ECs的异质性程度，以及不同组织间血管床ECs的异质性在很大程度上都是未知的。过去虽有一些ECs异质性的相关研究，但大多数使用的是 Bulk RNA-sequencing或者集中在研究某个组织内的ECs异质性。本研究利用高通量单细胞测序，对小鼠11个组织的ECs进行大规模异质性研究，并构建了小鼠ECs异质性在线数据库，方便科学工作者对数据进行挖掘研究。

1. 构建ECs图谱

Figure 1 ECs图谱和鉴定不同组织间的ECs的特异性marker

Figure 1A 展示了文章的实验流程，通过MACS和FACS富集得到11个组织的ECs进行单细胞测序，结果共获得 39,182 个细胞，每个细胞平均测到1,308个基因的表达。然后根据细胞类型marker剔除掉不关注的细胞类型，最后获得 32,567 ECs进行下游分析。Figure 1B-D展现了ECs的降维聚类细胞图谱以及鉴定出不同组织ECs的marker基因。可以看到除了趾长伸肌ECs，不同组织ECs的marker基因有显著区别。

2. GSVA和SCENIC分析不同组织间ECs的异质性特征

Figure2 不同组织间的ECs的异质性特征

为了展现不同组织间ECs的异质性特征，这里作者用了目前单细胞主流的两大高级分析GSVA和SCENIC。首先作者从MSigDB数据库挑选出615个血管相关基因集，利用GSVA分析这些基因集在不同组织ECs的富集情况。结果发现不同组织来源的ECs富集到不同的生物学过程条目。这些条目揭示了不同组织ECs的不同作用（Figure 2B），如肺部ECs富集了免疫调节相关的条目，揭示了肺部ECs在免疫监视中的作用。接下来，为了研究不同组织ECs表型的潜在分子机制，作者利用SCENIC分析研究转录因子在不同ECs中的调控作用（Figure 2C & Figure 2D），结果发现转录因子调控网络呈现了组织特异性，如 Foxq1和Hoxd9分别在脑部和睾丸中有较强的调控作用。

3. 组织内血管床的异质性研究

Figure 3不同组织间的ECs的异质性特征

这一部分作者按照组织不同，对每个组织的ECs进行单独降维聚类分析，并根据已知的EC亚型marker进行了亚群定义，如动脉、静脉和毛细血管ECs等（Figure3）。

接下来，作者研究了同一种亚型下，不同组织间保守的marker基因。结果发现，动脉、静脉和淋巴管均能找到组织保守性marker，只有毛细血管很难找到组织间保守性marker，这个结果强调了组织间毛细血管ECs的异质性（Figure 4D）。此外，作者利用 Jaccard相似性系数发现不同组织间动脉血管转录特性最为类似，静脉、毛细血管和淋巴管中则有较大的异质性（Figure 4E）。

Figure 4不同组织间的ECs的保守性和特异性marker

4. 发现了一些意想不到的ECs亚群

单细胞测序的一大重要特点就是往往能够发现一些新亚群，该篇文章也不例外。作者因为使用分选的ECs进行测序，分辨率较高，获得的都是ECs，所以往往可以发现一些常规情况下很难发现的新亚群。这里作者就发现了一些新的亚群，如首次在肠道中发现Aqp7阳性的毛细血管ECs（Figure 4A），并进行了免疫荧光验证（Figure 4F）。

Figure 5 ECs新亚群鉴定

5. 组织间ECs代谢相关基因的特异性

ECs的代谢相关基因主要在血管稳态和生成上发挥作用。前面发现，不同组织ECs的均上调了不同的代谢相关基因的表达，因此，这里作者想要探究不同组织ECs代谢相关基因的特异性表达差异。结果发现，不同组织ECs代谢相关基因表达有显著性差异。如脑部ECs特异性富集葡萄糖转运、氨基酸和脂肪酸相关基因（Figure 6B），脾脏ECs显著性富集胆固醇代谢相关基因（Figure 6D）。此外，作者发现同一个组织下，不同血管床也会表现出代谢相关基因的差异性表达。如脑部ECs中，动脉、静脉和毛细血管ECs均高表达转运相关基因，除了脉络丛ECs（Figure 6H）。

Figure 6 组织间ECs代谢相关基因的异质性特征

6. ECs图谱的普适性评价

Figure 7 使用ECs图谱对公共数据库进行注释

最后作者利用了公共数据库评价了构建的ECs图谱在识别ECs亚型上的表现，发现构建的ECs图谱具有普适性（Figure 7A），并且没有性别区分。

• 文献链接

• https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/32059779