文章題目：Single-cell atlas reveals meningeal leukocyte heterogeneity in the developing mouse brain
期刊：Genes&Development，1區(qū)，影響因子11.3
日期：2021年8月1
作者：Aura Zelco
DOI：10.1101/gad.348190.120
腦膜是中樞神經(jīng)系統(tǒng) (CNS) 的一部分，由三層屏障組成，分為硬腦膜、蛛網(wǎng)膜和軟腦膜。這些膜可以防止來自可能影響腦實(shí)質(zhì)的外圍的潛在威脅。最近的研究表明腦膜駐留細(xì)胞和浸潤(rùn)免疫細(xì)胞在生理?xiàng)l件下和病理不同刺激下均會(huì)對(duì)大腦造成顯著影響。
目前對(duì)于成年腦膜的單細(xì)胞研究已經(jīng)比較明確，這篇文章是針對(duì)未成熟腦及新生鼠腦膜的第一篇研究，主要比較新生鼠與成年鼠以及在窒息后腦膜免疫細(xì)胞的變化。
首先由于小鼠腦膜免疫細(xì)胞數(shù)量很少，實(shí)驗(yàn)選擇了混樣策略，這點(diǎn)在動(dòng)物或者某些穿刺樣本中很常見，當(dāng)然由于人類個(gè)人變異性，對(duì)于人類穿刺樣本建議進(jìn)行標(biāo)記后再混樣。這篇文章中每組相同處理的3只小鼠腦膜細(xì)胞經(jīng)CD45分選后進(jìn)行混樣，共測(cè)了5例樣本，整個(gè)分析過程也是主要基于Seurat，標(biāo)準(zhǔn)一篇單細(xì)胞文章。
文章對(duì)于細(xì)胞注釋方法：Seurat 中使用了 CellMarker 的手動(dòng)方法和使用 CHETAH（分層聚類輔助的細(xì)胞類型表征）的自動(dòng)注釋結(jié)合！
CHETAH分層注釋還是很有意思的，主要基于一個(gè)參考的數(shù)據(jù)集，a reference SingleCellExperiment with: 1. assay 2. colData column with the corresponding cell types (default “celltypes”)，給出的結(jié)果是細(xì)胞類型及分類樹，還是很有意思的，感興趣的可以去看下教程：http://www.bioconductor.org/packages/release/bioc/vignettes/CHETAH/inst/doc/CHETAH_introduction.html
回到這篇文章中，對(duì)腦膜免疫細(xì)胞分類7個(gè)大群：border-associated macrophages (BAMs), microglia-like cells, monocytes, neutrophils, T cells, ILCs, and B cells ，figure1主要就是細(xì)胞分群，細(xì)胞比例、marker基因熱圖以及UMAP展示，做類似研究的小伙伴可以參考一下，相關(guān)圖繪制及分析方法在單細(xì)胞天地內(nèi)搜都可以找到的。
首先是border-associated macrophages (BAMs)，以往的研究認(rèn)為胚胎期BAMs由 Mrc1 (CD206)、Lyve1、 Ms4a7 和 Pf4 的表達(dá)定義，而新生小鼠腦膜 BAM 簇也表達(dá)了典型的特征標(biāo)記物 Mrc1、Lyve1、Ms4a7和Pf4 ，表明新生兒腦膜中的 BAM 共享胚胎小鼠 BAM 群體共有的特征基因。進(jìn)一步也進(jìn)行了熒光染色證實(shí)了這一發(fā)現(xiàn)。同時(shí)進(jìn)行了逆時(shí)序列SCORPIUS 分析表明，新生兒腦膜單核細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞樣細(xì)胞和 BAMs 是三個(gè)不同的群體，BAMs 在基因表達(dá)方面處于其他兩個(gè)群體的中間。
這篇文章沒有用monocle2/3、PAGA等，而是選用了SCORPIUS，感興趣的小伙伴可以去看一下https://github.com/rcannood/SCORPIUS
另外SCORPIUS是基于Linear methods在不同的逆時(shí)分析方法學(xué)對(duì)比中給的評(píng)價(jià)也很好，代碼也比較簡(jiǎn)單：
library(SCORPIUS)
data(ginhoux)
expression <- ginhoux$expression
group_name <- ginhoux$sample_info$group_name
space <- reduce_dimensionality(expression, "spearman")
draw_trajectory_plot(space, group_name, contour = TRUE)
space <- reduce_dimensionality(expression, "spearman")
draw_trajectory_plot(space, group_name, contour = TRUE)
traj <- infer_trajectory(space)
draw_trajectory_plot(space, group_name, traj$path, contour = TRUE)
# warning: setting num_permutations to 10 requires a long time (~30min) to run!
# set it to 0 and define a manual cutoff for the genes (e.g. top 200) for a much shorter execution time.
gimp <- gene_importances(
expression,
traj$time,
num_permutations = 10,
num_threads = 8,
ntree = 10000,
ntree_perm = 1000
)
gimp$qvalue <- p.adjust(gimp$pvalue, "BH", length(gimp$pvalue))
gene_sel <- gimp$gene[gimp$qvalue < .05]
expr_sel <- scale_quantile(expression[,gene_sel])
可以看到代碼很簡(jiǎn)單，結(jié)果也很直接，有需要的小伙伴可以嘗試下
隨后對(duì)BAM細(xì)胞進(jìn)行了功能分析，顯示與成人 BAM 相比，新生兒 BAM 顯示出細(xì)胞骨架和免疫反應(yīng)相關(guān)的發(fā)育變化
這篇文章功能分析采用了Goplot加IPA互相驗(yàn)證~在生信技能樹搜索Goplot就可以看到相關(guān)推文。
隨后文章采用上面相同的分析方法對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞進(jìn)行了分析，這里就不再贅述，感興趣的小伙伴可以去文獻(xiàn)里看一下！
研究結(jié)果表明新生小鼠腦膜白細(xì)胞在生理過程中和早產(chǎn)腦損傷后的重要作用。常駐腦膜白細(xì)胞具有高度異質(zhì)性和組織特異性，新生兒 BAM 在表型和功能方面與成人 BAM 有相似之處，但也有明顯差異。發(fā)現(xiàn)了一個(gè)獨(dú)特的腦膜細(xì)胞群，清楚地表達(dá)了小膠質(zhì)細(xì)胞的分子特征，但與實(shí)質(zhì)小膠質(zhì)細(xì)胞不同。這些腦膜小膠質(zhì)細(xì)胞樣細(xì)胞可能參與大腦發(fā)育并幫助維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)。
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