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　　【研究背景】

　　解析細胞異質性是scRNA-seq的核心應用，它評估了不同細胞亞群之間轉錄組特征的相似性和差異性。由于scRNA-seq可以在單個細胞水平上評估轉錄組差異，因此可以識別出批量RNA測序無法檢測到的罕見甚至獨特的細胞群體。

　　血液病，如白血病、淋巴瘤、多發(fā)性骨髓瘤(MM)、骨髓增生異常綜合征(MDS)，在疾病的病理生理學、進展和治療過程中表現(xiàn)出明顯的細胞異質性。

　　了解細胞異質性對這些疾病具有巨大的臨床意義，并可能為精確治療提供新的線索。

　　【研究內容】

　　綜述了常用的scRNA-seq平臺和一些包含附加分析物(例如蛋白質)的相關技術，重點介紹了它們在血液病中的應用。

　　一、常用的scRNA-seq平臺

　　Microwell platforms;

　　10X Genomics;

　　MARS-seq and SMART-seq;

　　CITE-seq.

　　二、scRNA-seq技術在血液系統(tǒng)中的應用

　　1、血液細胞群的深層亞型

　　主要應用是基于單細胞轉錄組簇來數字化定義細胞亞群，發(fā)現(xiàn)以前研究中未檢測到的罕見的、甚至是新的的細胞亞群。

　　文獻舉例：A Cellular Taxonomy of the Bone Marrow Stroma in Homeostasis and Leukemia.

　　研究者們從單細胞角度系統(tǒng)地對骨髓間質細胞進行了詳細的分類學研究，揭示了急性髓系白血病對間質細胞群體的影響，為骨髓微環(huán)境的研究及腫瘤和間質細胞的相互調控提供了重要的證據。研究人員首先利用單細胞測序技術對穩(wěn)態(tài)條件的骨髓間質進行單細胞測序并進行了細胞分類，共定義了6大類、17個間質細胞亞群，同時分析了譜系分化關系。進一步利用單細胞測序檢測了急性髓系白血病對間質細胞的影響，發(fā)現(xiàn)急性髓系白血病損傷間充質成骨分化過程，下調造血過程所需的調控分子趨化因子Cxcl12、Kitl(一種受體酪氨酸激酶的配體)等，從而揭示了癌細胞調控特定間質細胞，損傷正常組織功能，以促進成癌過程。

　　2、闡明血液病的發(fā)病機制

　　隨著可及性的提高，scRNA-seq在疾病發(fā)病機理研究中的應用越來越多，這主要是因為它能夠比較單個細胞的轉錄組。在大多數研究中，scRNA-seq并不是單獨進行的，而是與其他實驗結合來揭示疾病機制。血液系統(tǒng)惡性腫瘤通常被認為具有遺傳和表觀遺傳學基礎。scRNA-seq已被用于檢查表觀遺傳和轉錄異質性之間的潛在聯(lián)系。一些研究研究了表觀遺傳學在AML(急性髓性白血病)發(fā)病機制中的作用。

　　文獻舉例：Single cell dissection of plasma cell heterogeneity in symptomatic and asymptomatic myeloma.

　　通過Fluidigm C1系統(tǒng)對復發(fā)AML患者進行了scRNA-seq實驗，發(fā)現(xiàn)啟動子的等位基因中異質性較高的顯示出更高水平的轉錄異質性。 因此，基因啟動子上eloci的存在導致相關基因表現(xiàn)出更大表達失控的趨勢。

　　3、與血液病相關的干細胞研究

　　包括白血病干細胞(LSCs)和造血干細胞(HSC)。

　　文獻舉例：T-ALL leukemia stem cell `stemness` is epigenetically controlled by the master regulator SPI1.

　　文章揭示了受甲基化調控的SPI1核心轉錄因子和SPI1-β-catenin-HAVCR2正反饋信號調控環(huán)路對于LSC的干性產生與維持的關鍵作用。尤為重要的是，該調控環(huán)路一經形成將不依賴于T-ALL發(fā)生和發(fā)展過程中起至關重要的作用的PI3K信號通路，而抑制該調控環(huán)路任意一個節(jié)點都會抑制LSC的形成或減少已生成的LSC。類似的調節(jié)機制很可能也存在于T-ALL病人中。該研究鑒定出SPI1是LSC的關鍵調控因子，并發(fā)現(xiàn)SPI1通過表觀遺傳機制進行可逆調控，這為了解T-ALL的耐藥及復發(fā)過程及靶向LSC治療都提供了依據。

　　4、研究選擇性聚腺苷酸化(APA)動態(tài)

　　對調節(jié)基因表達、mRNA穩(wěn)定性和翻譯效率至關重要。

　　文獻舉例：Role of alternative polyadenylation dynamics in acute myeloid leukemia at single-cell resolution.

　　文章采用scRNA-seq研究骨髓發(fā)現(xiàn)，在AML患者和健康樣本中，APA動態(tài)在參與AML發(fā)展的途徑中顯著豐富，提示APA在白血病發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

　　三、scRNA-seq在血液病中的臨床應用

　　1、疾病監(jiān)測

　　在通過血流轉移的腫瘤中，需要通過分子確認腫瘤克隆(如循環(huán)腫瘤細胞(CTCs)中的克隆)與原發(fā)部位腫瘤之間的相關性。這種策略在臨床環(huán)境中評估疾病是非?？扇〉?。

　　文獻舉例：Genetic interrogation of circulating multiple myeloma cells at single-cell resolution.

　　文章分析了2例多發(fā)性骨髓瘤患者的骨髓和外周血中的多發(fā)性骨髓細胞和B細胞。結果表明，CTCs可以通過CD45、CD27和CD56標記物進行區(qū)分，并在檢測到的轉錄本中呈現(xiàn)出一種客觀公正的方式。

　　2、風險等級

　　scRNA-seq技術為從患者獲得的腫瘤細胞進行無偏倚的基因表達譜分析提供了機會，從而前瞻性地識別腫瘤進展過程中最重要的基因或受影響的分子通路，并為預測患者進展風險提供了一種新的特征。

　　3、治療反應和靶向

　　由于異質性在血液病惡性腫瘤中普遍存在，因此scRNA-seq可以幫助確定最相關的靶向治療靶點。

　　【展望】

　　單細胞轉錄組和蛋白質分析在揭示細胞異質性、理解疾病發(fā)病機制、疾病分層、病情進展監(jiān)測和靶向治療等方面顯示了良好的應用前景。

　　臨床應用的主要障礙：成本高、對新鮮組織的需求、復雜的數據分析和解釋。

　　發(fā)展趨勢：降低成本、提高靈敏度、適應固定和冷凍組織，以及整合更多層次的分析。