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利用NovelBrain單細胞云探尋新冠病毒受體ACE2在人體器官中的分布 時間:2020-03-16

目前,新型冠狀病毒感染疫情仍處于膠著狀態。為了能盡快研制治療新冠病毒的藥物,科學家投入臨床研究和科研中,不斷認識和理解新冠病毒的致病機制。新冠病毒與SARS病毒結構相似,都是通過結合ACE2受體進入人體細胞來發揮作用。肺臟中存在ACE2,因此可能成為病毒的主要攻擊靶點,但陸續發現很多患者也出現了器官功能受損癥狀。日前,《柳葉刀》子刊Lancet Respiratory Medicine發表了武漢金銀潭醫院收錄的52名新冠肺炎危重患者的臨床疾病進展和相關研究結果,發現其中15名(29%)患者出現急性腎臟損傷,12名(23%)出現心臟損傷,15名(29%)出現肝功能異常。因此,了解ACE2在人體組織的分布及表達水平對解析病毒的作用機制具有一定的意義。

單細胞測序技術描繪的人類多臟器的細胞圖譜以及單細胞公共數據在表征ACE2在人體器官組織中分布的研究起到關鍵性作用。

本期,我們針對性的下載了幾組功能性器官的公開單細胞測序數據,通過Novelbrain單細胞云平臺來看一下ACE2的表達情況,并描述了利用生信分析可以展開的進一步挖掘方向。


1. 肝組織細胞圖譜研究

標題:Single cell RNA sequencing of human liver reveals distinct intrahepatic macrophage populations

期刊及發表時間:Nature Communication,2018年10月

樣本及數據分析:樣本來源于5名donors,消化并通過10× Genomics平臺進行單細胞捕獲,最終分析得到8437個細胞(文章共分析得到8444個細胞,Novelbrain單細胞分析平臺在分析過程中過濾了部分低基因表達細胞)。

分析結果:通過單細胞瀏覽器(SingleCell Browser)對Marker Gene的表達進行檢索,可以對細胞類型進行初步鑒定,發現共有肝細胞、肝竇內皮細胞、膽管細胞、巨噬細胞、T細胞、NK細胞、B細胞、漿細胞以及一小部分紅細胞,并在瀏覽器上直接生成定義好細胞類型的t-SNE圖以及相關Marker Gene的Bubble Plot(圖1)。


圖1 肝組織的細胞類型鑒定

通過對ACE2基因表達情況的染色發現其主要在部分膽管細胞中表達,并通過單細胞瀏覽器獲得該基因的t-SNE圖來描繪其表達分布特征(圖2)。

圖2 ACE2的表達分布情況

由于從上圖中可以看到,ACE2只在膽管細胞的一部分細胞中存在表達,所以我們可以通過單細胞分析平臺對膽管細胞所在的cluster進行re-cluster,獲得更細致的分類。分析共得到三個亞群,結果發現ACE2特異性的只在其中一個cluster中表達(圖3)。

圖3 膽管細胞亞群的re-cluster

接下來,我們就可以針對這個ACE2陽性的細胞亞群進行一系列的深入分析,去探索該亞群的特征以及ACE2接收到信號后可能開啟的下游功能。通過SCENIC分析轉錄因子調控特征(之前title和鏈接),可以發現該群體會受到多個轉錄因子的特異性調控(圖4A)。在基因表達層面,可以通過差異基因分析得到ACE2陽性膽管細胞群體和ACE2陰性膽管細胞群體的差異基因及可能潛在的影響(圖4B),并通過打分方式獲得在pathway激活程度上的差異(圖4C)。差異基因分析發現。另外共表達分析,還可以找到與ACE2存在共表達的基因及可能的下游調控機制(圖4D)。(烈冰生物還支持更多定制化深入分析,通過文末郵箱或電話聯系我們獲取更多信息吧)

圖4 對ACE2的進一步分析


2. 肺組織細胞圖譜研究



標題:Single-Cell Transcriptomic Analysis of Human Lung Provides Insights into the Pathobiology of Pulmonary Fibrosis



發表期刊:Am J Respir Crit Care Med



發表時間:2019年6月



樣本及數據分析樣本來源于8名donors,消化并通過10× Genomics平臺進行單細胞捕獲,最終分析得到43558個細胞。



分析結果



通過單細胞瀏覽器(SingleCell Browser)對Marker Gene的表達進行檢索,可以對細胞類型進行初步鑒定,發現共有I型肺泡上皮細胞(混入一小部分基底細胞和棒狀細胞,需細分才能區分)、II型肺泡上皮細胞、纖毛細胞、內皮細胞、成纖維細胞、單核細胞、巨噬細胞、樹突狀細胞、T細胞、B細胞、漿細胞以及部分潛在的雙細胞群體(同時表達兩種細胞類型的Marker)。通過對ACE2的表達進行檢索,發現其主要表達在II型肺泡上皮細胞中(圖5)。



圖5 肝組織中ACE2主要表達在II型肺泡上皮細胞


3.腎組織細胞圖譜研究

標題:Comparative analysis and refinement of human PSC-derived kidney organoid differentiation with single cell transcriptomics

發表期刊:Cell Stem Cell

發表時間:2018年12月

樣本及數據分析樣本來源于1名donors,制備成細胞核并通過10× Genomics平臺進行單細胞捕獲,最終分析得到4524個細胞。

分析結果

通過單細胞瀏覽器(SingleCell Browser)對Marker Gene的表達進行檢索,可以對細胞類型進行初步鑒定,發現共有近端腎小管、連接小管、集合管、遠曲小管、足細胞、亨利氏袢、潤細胞。通過對ACE2的表達進行檢索,發現其主要表達在近端腎小管中(圖6)。


圖6 腎組織中ACE2主要表達在近端腎小管

根據現有的幾組數據,可以看到除了肺組織外,其余兩個臟器中也存在表達ACE2的細胞,且主要為膽管細胞和近端腎小管,暗示這兩類細胞也會成為潛在的感染對象,并可能引起了臨床產生的器官功能受損癥狀。


上述分析得到的所有結果通過單細胞瀏覽器進行公開展示,并將其收錄進烈冰單細胞瀏覽數據庫NovelBrain CellAtlas。

本數據庫平臺不僅僅可以查看ACE2的表達分布情況,還可以檢索任何您關注的基因!

網址:http://cellatlas.novelbrain.com/


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