单细胞水平上解析人肝硬化的纤维化生态位

文章概述

文章标题：《Resolving the fibrotic niche of human liver cirrhosis at single-cell level 》

发表日期和杂志：2019年发表在Nature上

在线阅读链接：https://doi.org/10.1038/s41586-019-1631-3

单细胞实验设计

对超过100,000个单个人类细胞的转录组进行了分析，从而得到了健康和肝硬化人类肝脏中非实质细胞类型的分子定义。

单细胞转录组数据情况

数据链接是：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc=GSE136103

可以看到是26个样品：

GSM4041150 Healthy1_Cd45+
GSM4041151 Healthy1_Cd45-A
GSM4041152 Healthy1_Cd45-B
GSM4041153 Healthy2_Cd45+
GSM4041154 Healthy2_Cd45-
GSM4041155 Healthy3_Cd45+
GSM4041156 Healthy3_Cd45-A
GSM4041157 Healthy3_Cd45-B
GSM4041158 Healthy4_Cd45+
GSM4041159 Healthy4_Cd45-
GSM4041160 Healthy5_Cd45+
GSM4041161 Cirrhotic1_Cd45+
GSM4041162 Cirrhotic1_Cd45-A
GSM4041163 Cirrhotic1_Cd45-B
GSM4041164 Cirrhotic2_Cd45+
GSM4041165 Cirrhotic2_CD45-
GSM4041166 Cirrhotic3_CD45+
GSM4041167 Cirrhotic3_Cd45-
GSM4041168 Cirrhotic4_Cd45+
GSM4041169 Cirrhotic5_Cd45+
GSM4041170 Blood1
GSM4041171 Blood2
GSM4041172 Blood3
GSM4041173 Blood4
GSM4041174 Mouse_healthy
GSM4041175 Mouse_fibrotic

作者给出来的数据是每个样品都是标准的10X单细胞的数据格式，有barcodes.tsv.gz、genes.tsv.gz和matrix.mtx.gz三个文件：

可以很简单的读取它们：

 setwd('cd45-neg/')
 setwd('../cd45-pos/')
 setwd('../')

fs=list.files('./','genes.tsv.gz')
fs
samples1=gsub('_genes.tsv.gz','',fs)
samples1
library(stringr)
samples2=str_split(fs,'_',simplify = T)[,3]
samples2 
samples2=samples1

lapply(1:length(samples2), function(i){
  x=samples2[i]
  y=samples1[i]
  dir.create(x,recursive = T)
  file.copy(from=paste0(y,'_genes.tsv.gz'),
            to=file.path(x,  'features.tsv.gz' )) 
  file.copy(from=paste0(y,'_matrix.mtx.gz'),
            to= file.path(x, 'matrix.mtx.gz' ) ) 
  file.copy(from=paste0(y,'_barcodes.tsv.gz'),
            to= file.path(x, 'barcodes.tsv.gz' )) 
  
})

后面就是标准分析啦,对读取进来的数据进行质控、harmony整合以及细分亚群等。

第一层次降维聚类分群

文章中提到肝纤维化涉及多种非实质细胞（NPC）谱系之间的复杂相互作用，包括免疫细胞、内皮细胞和间充质细胞，它们在纤维化区域内空间定位，被称为纤维化微环境。

所以文章针对这些细胞进行了一个细胞亚群分类，我们通过BioinfoArk提供的中国区chatGPT查询到：免疫细胞、内皮细胞和间充质细胞都是复杂的细胞群体，它们在纤维化微环境中可能存在不同的亚群，其中一些主要的亚群包括：

1. 免疫细胞：
   • T细胞：包括CD4+辅助T细胞和CD8+细胞毒性T细胞等亚群。
   • B细胞：包括记忆B细胞和浆细胞等亚群。
   • 自然杀伤细胞（NK细胞）：包括CD56dim和CD56bright亚群。
   • 巨噬细胞：包括M1型和M2型巨噬细胞等亚群。
2. 内皮细胞：
   • 血管内皮细胞：包括动脉内皮细胞和静脉内皮细胞等亚群。
   • 毛细血管内皮细胞：包括肺毛细血管内皮细胞和肾毛细血管内皮细胞等亚群。
3. 间充质细胞：
   • 成纤维细胞：包括活化的成纤维细胞和静止的成纤维细胞等亚群。
   • 脂肪细胞：包括白色脂肪细胞和棕色脂肪细胞等亚群。
   • 骨髓间充质干细胞：包括多能干细胞和成骨细胞等亚群。

这些细胞亚群在纤维化微环境中可能具有不同的功能和表型特征，对纤维化的发展和进程起着重要的作用。然而，具体的细分亚群可能因研究领域和研究方法的不同而有所差异。进一步的研究和探索将有助于更好地理解这些细胞亚群在纤维化过程中的作用。

文章中给出来的分群主要也是：

• Endo, endothelial cell
• ILC, innate lymphoid cell
• Mast, mast cell
• Mes, mesenchymal cell
• MP, mononuclear phagocyte
• pDC, plasmacytoid dendritic cell

作者也对淋巴细胞和内皮细胞进行了细分：

其它加分项

除了对淋巴细胞和内皮细胞进行细分之外，对疤痕相关巨噬细胞的纤维化表型进行了分析：

并且发现了一种新的与疤痕相关的TREM2+CD9+巨噬细胞亚群，在肝纤维化中扩增，由循环单核细胞分化而来，并具有促纤维化的作用。

还定义了一种新的ACKR1+和PLVAP+内皮细胞，在肝硬化中扩增，局部限制在疤痕区域，并增强白细胞的跨膜迁移。通过对新的与疤痕相关的巨噬细胞、内皮细胞和PDGFRα+胶原产生间充质细胞之间的多线age配体-受体模型进行建模，揭示了几个促纤维化途径（包括TNFRSF12A、PDGFR和NOTCH信号通路）在疤痕内的活动。