通过单细胞RNA测序分析小鼠眶外泪腺的异质性和复杂性

Analysis of the heterogeneity and complexity of murine extraorbital lacrimal gland via single-cell RNA sequencing

作者信息Duliurui Huang, Xinwei Jiao, Shenzhen Huang, Jiangman Liu, Hongli Si, Di Qi, Xiaoting Pei, Dingli Lu, Yimian Wang, Zhijie Li
PMID38945476
期刊Ocul Surf
发布时间2024-10
DOI10.1016/j.jtos.2024.06.005

实验完整度

研究包含单细胞RNA测序、免疫组化/免疫荧光验证、CellChat通讯分析等多层级证据,并进行细胞亚群鉴定及功能富集分析。

主要模型

C57BL/6J小鼠眶外泪腺组织 体外单细胞悬液 免疫组化/免疫荧光染色组织切片

重点核对

小鼠年龄为12-14周,雄性C57BL/6J,来源为南京大学南京模型动物研究所 样本采集时间为Zeitgeber Time 3:00-4:00 单细胞悬液制备使用2 mg/ml胶原酶I、2 mg/ml胶原酶IV、1 mg/ml DNase I,在37°C消化1-2小时 质量控制标准:保留基因数300-7500且线粒体基因比例<10% 样本数:6个(每只小鼠的ELG合并为1个样本)

摘要

目的:泪腺对于维持眼表健康和避免外部损伤至关重要,它通过分泌泪膜的水层来实现。然而,健康泪腺的细胞类型清单和异质性仍未得到充分研究。方法:本文采用基于10X Genomics的单细胞RNA测序技术,对C57BL/6J小鼠眶外泪腺(ELG)的细胞多样性进行了无偏分类。从43,850个高质量细胞中,我们生成了细胞异质性图谱,并使用经典标记基因定义了细胞类型。通过生物信息学分析分析了这些细胞可能的功能。此外,利用CellChat对ELG中的细胞-细胞通讯网络进行了初步分析。结果:鉴定出超过37种细胞亚类,包括七种腺上皮细胞、三种成纤维细胞、十种髓系来源免疫细胞、至少十一种淋巴系来源免疫细胞,以及五种血管相关细胞亚群。细胞-细胞通讯网络分析显示,成纤维细胞和免疫细胞在小鼠ELG内密集的细胞间通讯网络中发挥着关键作用。结论:本研究提供了小鼠ELG的综合转录组图谱及相关数据库。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
健康小鼠眶外泪腺中存在哪些细胞类型?其异质性和复杂性如何?
核心机制
细胞间通讯网络由成纤维细胞和免疫细胞(尤其是巨噬细胞)主导,其中胶原信号通路在维持泪腺结构和功能中发挥关键作用,可能成为治疗靶点。
主要证据
单细胞RNA测序鉴定出超过37种细胞亚类,包括多种上皮细胞、成纤维细胞、免疫细胞和血管相关细胞;通过免疫荧光验证了多种分子标记物的表达;CellChat分析揭示了细胞间通讯网络,并指出胶原信号通路的重要性。
研究意义
提供了小鼠ELG的全面转录组图谱和数据库,加深了对泪腺发育、组成和功能的理解,并为泪腺疾病的发病机制和潜在治疗靶点(如胶原信号通路)奠定基础。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

单细胞悬液制备与质量控制

获取高质量的单细胞以进行后续测序分析。

取12-14周龄雄性C57BL/6J小鼠ELG,切碎后酶消化(胶原酶I、IV和DNase I)制备单细胞悬液,过滤,去除红细胞和死细胞,并进行质量评估。

2

单细胞RNA测序(scRNA-seq)

对所有细胞进行无偏转录组分析,鉴定细胞类型。

利用10X Genomics Chromium平台进行单细胞RNA测序,构建cDNA文库,并在Illumina HiSeq X Ten平台进行测序。

3

数据处理与细胞聚类分析

基于基因表达谱识别不同细胞群体。

使用Cell Ranger处理原始数据,Seurat进行聚类分析,UMAP降维可视化,利用Harmony整合数据以消除批次效应。

4

细胞类型鉴定与亚群分析

通过标记基因和免疫染色进一步确认各细胞类型及亚群。

基于已知标记基因对主要细胞类型进行鉴定,并对每个亚群进行重新聚类和差异基因分析;通过免疫组化和免疫荧光染色验证关键标记物。

5

细胞通讯网络分析

探索ELG中各细胞类型之间的相互作用网络。

使用CellChat软件对注释后的单细胞转录组数据进行细胞-细胞通讯分析,推断配体-受体相互作用,并可视化网络。

6

功能富集分析

揭示各细胞类型或亚群的潜在功能和显著通路。

对差异表达基因进行KEGG通路富集分析,以阐明不同细胞群体的功能特征。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

细胞通讯分析
功能富集分析

产品清单

实验环节名称品牌货号
胶原酶I----
胶原酶IV----
脱氧核糖核酸酶I----
红细胞裂解液QIAGEN8570396
死细胞去除试剂盒Miltenyi Biotec130-090-101
Eagle最小必需培养基----
DynaBeads Myone硅烷磁珠Thermo Fisher Scientific--
Chromium单细胞控制器10X Genomics--
Illumina HiSeq X Ten平台Illumina--
抗EpCAM兔多克隆抗体ServicebioGB11274-100
抗前梯度蛋白2兔多克隆抗体ServicebioGB111327-100
抗α平滑肌肌动蛋白小鼠单克隆抗体ServicebioGB12045-100
抗ATP1B1兔多克隆抗体ServicebioGB112432-100
抗I型胶原兔多克隆抗体ServicebioGB11022-3-100
兔抗内皮抑素抗体Biossbs-0547R
抗DPP4/CD26兔多克隆抗体ServicebioGB114937-100
兔抗肌腱蛋白C抗体Biossbs-1327R
抗CD31小鼠单克隆抗体ServicebioGB12063-100
抗SDF1兔多克隆抗体(CXCL12)ServicebioGB11624-100
抗血管性血友病因子兔多克隆抗体ServicebioGB11020-100
抗CD74兔多克隆抗体ServicebioGB115427-100
兔抗CX3CR1抗体Biossbs-1728R
抗甘露糖受体/CD206兔多克隆抗体ServicebioGB113497-100
抗CD11b兔多克隆抗体ServicebioGB11058-100
抗LY6C兔多克隆抗体ServicebioGB115601-100
兔抗NR2F6抗体(EAR2)Biossbs-19340R
抗CD11c兔多克隆抗体ServicebioGB11059-100
抗Ki67小鼠单克隆抗体ServicebioGB121141-100
兔抗XCR1多克隆抗体AffinityDF9046
兔抗CD209/DC-SIGN抗体Biossbs-2239R
抗CCR7兔多克隆抗体ServicebioGB11502-100
抗CPA3兔多克隆抗体ServicebioGB114968-100
兔抗MCPT4抗体Biossbs-18733R
MCPT-1(mMCP-1)单克隆抗体Thermo Fisher Scientific14-5503-80
兔抗颗粒酶A抗体Biossbs-2578R
兔抗Styk1抗体Biossbs-5957R
抗CD3兔多克隆抗体ServicebioGB11014-100
抗CD8α兔多克隆抗体ServicebioGB114196-100
抗CD4抗体ServicebioGB11064-100
抗FOXP3兔多克隆抗体ServicebioGB112325-100
抗小鼠γδ T细胞受体(克隆GL3)BD Biosciences553178
兔抗IGBP1(CD709a)抗体Biossbs-0298R
兔抗JCHAIN抗体Biossbs-20180R
抗IgM链C兔多克隆抗体ServicebioGB112040-100
兔抗CCR9抗体Biossbs-1788R
兔抗SH3BGR抗体Biossbs-21170R
4',6-二脒基-2-苯基吲哚Sigma-Aldrich--
切片扫描仪(Pannoramic 250/MIDI)3D HISTECH--
同型对照抗体(兔IgG)ServicebioGB111738

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物与样本采集
小鼠品系、性别、年龄、来源、光照周期、饲养条件
阅读提示:Materials and methods - Animals
单细胞悬液制备
消化酶种类及浓度、消化时间、过滤孔径、红细胞裂解和死细胞去除方法
阅读提示:Materials and methods - Tissue dissociation and single cell preparation
单细胞RNA测序
测序平台、每样本加载细胞数、逆转录和PCR循环数、建库方法
阅读提示:Materials and methods - Single-cell RNA sequencing
数据质量控制
基因数范围、线粒体基因比例阈值、双细胞去除方法
阅读提示:Materials and methods - Data processing and quality control
细胞类型鉴定
聚类分辨率、标记基因选择、亚群分析参数
阅读提示:Materials and methods - Cell type identification
细胞通讯分析
CellChat软件版本、配体-受体数据库、交互阈值
阅读提示:Materials and methods - Cell–cell communication analysis
免疫组化/免疫荧光
所用抗体、稀释比例、孵育条件、核染色方法
阅读提示:Materials and methods - Immunohistochemistry and immunofluorescence of murine ELG