【研究背景】

　　解析细胞异质性是scRNA-seq的核心应用，它评估了不同细胞亚群之间转录组特征的相似性和差异性。由于scRNA-seq可以在单个细胞水平上评估转录组差异，因此可以识别出批量RNA测序无法检测到的罕见甚至独特的细胞群体。

　　血液病，如白血病、淋巴瘤、多发性骨髓瘤(MM)、骨髓增生异常综合征(MDS)，在疾病的病理生理学、进展和治疗过程中表现出明显的细胞异质性。

　　了解细胞异质性对这些疾病具有巨大的临床意义，并可能为精确治疗提供新的线索。

　　【研究内容】

　　综述了常用的scRNA-seq平台和一些包含附加分析物(例如蛋白质)的相关技术，重点介绍了它们在血液病中的应用。

　　一、常用的scRNA-seq平台

　　Microwell platforms;

　　10X Genomics;

　　MARS-seq and SMART-seq;

　　CITE-seq.

　　二、scRNA-seq技术在血液系统中的应用

　　1、血液细胞群的深层亚型

　　主要应用是基于单细胞转录组簇来数字化定义细胞亚群，发现以前研究中未检测到的罕见的、甚至是新的的细胞亚群。

　　文献举例：A Cellular Taxonomy of the Bone Marrow Stroma in Homeostasis and Leukemia.

　　研究者们从单细胞角度系统地对骨髓间质细胞进行了详细的分类学研究，揭示了急性髓系白血病对间质细胞群体的影响，为骨髓微环境的研究及肿瘤和间质细胞的相互调控提供了重要的证据。研究人员首先利用单细胞测序技术对稳态条件的骨髓间质进行单细胞测序并进行了细胞分类，共定义了6大类、17个间质细胞亚群，同时分析了谱系分化关系。进一步利用单细胞测序检测了急性髓系白血病对间质细胞的影响，发现急性髓系白血病损伤间充质成骨分化过程，下调造血过程所需的调控分子趋化因子Cxcl12、Kitl(一种受体酪氨酸激酶的配体)等，从而揭示了癌细胞调控特定间质细胞，损伤正常组织功能，以促进成癌过程。

　　2、阐明血液病的发病机制

　　随着可及性的提高，scRNA-seq在疾病发病机理研究中的应用越来越多，这主要是因为它能够比较单个细胞的转录组。在大多数研究中，scRNA-seq并不是单独进行的，而是与其他实验结合来揭示疾病机制。血液系统恶性肿瘤通常被认为具有遗传和表观遗传学基础。scRNA-seq已被用于检查表观遗传和转录异质性之间的潜在联系。一些研究研究了表观遗传学在AML(急性髓性白血病)发病机制中的作用。

　　文献举例：Single cell dissection of plasma cell heterogeneity in symptomatic and asymptomatic myeloma.

　　通过Fluidigm C1系统对复发AML患者进行了scRNA-seq实验，发现启动子的等位基因中异质性较高的显示出更高水平的转录异质性。 因此，基因启动子上eloci的存在导致相关基因表现出更大表达失控的趋势。

　　3、与血液病相关的干细胞研究

　　包括白血病干细胞(LSCs)和造血干细胞(HSC)。

　　文献举例：T-ALL leukemia stem cell `stemness` is epigenetically controlled by the master regulator SPI1.

　　文章揭示了受甲基化调控的SPI1核心转录因子和SPI1-β-catenin-HAVCR2正反馈信号调控环路对于LSC的干性产生与维持的关键作用。尤为重要的是，该调控环路一经形成将不依赖于T-ALL发生和发展过程中起至关重要的作用的PI3K信号通路，而抑制该调控环路任意一个节点都会抑制LSC的形成或减少已生成的LSC。类似的调节机制很可能也存在于T-ALL病人中。该研究鉴定出SPI1是LSC的关键调控因子，并发现SPI1通过表观遗传机制进行可逆调控，这为了解T-ALL的耐药及复发过程及靶向LSC治疗都提供了依据。

　　4、研究选择性聚腺苷酸化(APA)动态

　　对调节基因表达、mRNA稳定性和翻译效率至关重要。

　　文献举例：Role of alternative polyadenylation dynamics in acute myeloid leukemia at single-cell resolution.

　　文章采用scRNA-seq研究骨髓发现，在AML患者和健康样本中，APA动态在参与AML发展的途径中显著丰富，提示APA在白血病发展中发挥重要作用。

　　三、scRNA-seq在血液病中的临床应用

　　1、疾病监测

　　在通过血流转移的肿瘤中，需要通过分子确认肿瘤克隆(如循环肿瘤细胞(CTCs)中的克隆)与原发部位肿瘤之间的相关性。这种策略在临床环境中评估疾病是非常可取的。

　　文献举例：Genetic interrogation of circulating multiple myeloma cells at single-cell resolution.

　　文章分析了2例多发性骨髓瘤患者的骨髓和外周血中的多发性骨髓细胞和B细胞。结果表明，CTCs可以通过CD45、CD27和CD56标记物进行区分，并在检测到的转录本中呈现出一种客观公正的方式。

　　2、风险等级

　　scRNA-seq技术为从患者获得的肿瘤细胞进行无偏倚的基因表达谱分析提供了机会，从而前瞻性地识别肿瘤进展过程中最重要的基因或受影响的分子通路，并为预测患者进展风险提供了一种新的特征。

　　3、治疗反应和靶向

　　由于异质性在血液病恶性肿瘤中普遍存在，因此scRNA-seq可以帮助确定最相关的靶向治疗靶点。

　　【展望】

　　单细胞转录组和蛋白质分析在揭示细胞异质性、理解疾病发病机制、疾病分层、病情进展监测和靶向治疗等方面显示了良好的应用前景。

　　临床应用的主要障碍：成本高、对新鲜组织的需求、复杂的数据分析和解释。

　　发展趋势：降低成本、提高灵敏度、适应固定和冷冻组织，以及整合更多层次的分析。