【行研】单细胞技术发展及多组学研究

单细胞测序技术自问世以来，迅速占据CNS正刊和各大子刊的头条，成为引领科研领域的主导风向标之一。2013年被Nature Methods评选为年度技术，开启单细胞测序的全球黄金时代；2018年被Science评选为十大科学突破；2019年单细胞多组学技术又被Nature Methods评为年度技术，同时也被评为中国生命科学十大进展之一。2021年单细胞研究文献数量大爆发，pubmed上检索到的单细胞文献数量约3921篇，增长速度迅猛。

图1.2015-2021年单细胞文献发表数量 来源：pubmed

作为一项革命性的技术突破，单细胞测序技术是一种能测定单个细胞转录组与蛋白表达信息的新兴技术，具有高细胞通量及高分辨率等特征，为系统的单细胞分子水平研究创造了前所未有的机会。在肿瘤研究、免疫研究、神经生物学研究及发育研究等领域都有越来越广泛的应用。根据市场统计，2020年全球单细胞测序市场规模估计为26.8亿美元，市场规模以年均20%以上的速度逐年增长，预计到2025年将达到53.2亿美元。更重要的是，单细胞测序技术在优生优育领域以及肿瘤检测领域分别拥有各2000亿的潜在应用市场，目前国内市场规模接近100亿元，前景巨大。

随着近几年的持续火热，单细胞测序技术也从单纯的转录组测序发展为多组学联合分析，包括基因组、转录组、表观基因组、蛋白组以及有空间水平的多组学研究（如空间转录组）。单细胞多组学技术能多层次、多角度地描绘细胞间的异质性，挖掘各层组学之间的直接和潜在联系，从而更加全面和系统地描绘细胞的状态和命运。

单细胞多组学研究的发展进步，不仅给免疫治疗研究领域带来了革命性的改变。更值得关注的是，它能洞察前所未见的基因转录调控精细变化，给更广大的学科领域带来了前所未有的机遇。单细胞多组学研究能够广泛应用于肿瘤、免疫、病毒、脑科学、生殖、牙科、骨科、肾病、椎间盘退变和感染性疾病等诸多生命健康的关键领域，拥有广泛的应用前景。以肿瘤免疫治疗为例，在研发阶段，单细胞多组学能支持研究多种肿瘤类型研究，为寻找免疫治疗的靶点提供助力；在设计治疗方案阶段，能帮助了解肿瘤免疫学的分子背景，设计个性化的免疫治疗方案；在治疗过程中，可协助评估患者对当前免疫疗法的反应与疗效，对患者的预后做出相关预测与评估，并为下一步选择或优化免疫治疗方案提供证据支持。

1单细胞转录组学+蛋白质组学揭示肺衰老机制

2021年，一篇发表在Nature Communications上题为“An atlas of the aging lung mapped by single cell transcriptomics and deep tissue proteomics”的文献中，作者使用单细胞转录组学和蛋白质组学来量化30种细胞类型的细胞活动状态的变化，并系统绘制了小鼠肺细胞图谱，并揭示了小鼠肺衰老的标志：2型肺泡壁细胞和脂肪成纤维细胞胆固醇合成的增加。

2单细胞蛋白质组学的“王者”新时代

2021年9月，Nature杂志Technology & tools专栏，发表一篇题为“Single-cell proteomics takes centre stage”的文章，重点介绍了单细胞蛋白质组学技术的研究进展，并评论指出单细胞的多组学时代即将到来，单细胞蛋白质组学将成为焦点。单细胞蛋白质组学迎来了蛋白质组学技术的跨时代发展，其聚焦于单个细胞层面，实现了蛋白质组学在极微量样本分析上的突破，且对于肿瘤异质性，免疫领域以及生殖发育等领域均有极其重要的应用价值。

3单细胞多组学分析或为开发新型CAR-T细胞疗法提供新的思路

2022年6月，一篇发表在国际杂志Science Advances上题为“Single-cell antigen-specific landscape of CAR T infusion product identifies determinants of CD19-positive relapse in patients with ALL”的研究报告中，来自耶鲁大学等机构的科学家们揭示了其中一些关键的线索来解释为何患者会出现癌症复发。文章中，研究人员使用了所谓的多组学方法，即将来自转录组和蛋白质组的数据结合，从而进行了强大的单细胞分析，这样他们就能密切研究每个细胞的基因表达特性，并识别出CAR-T细胞中隐藏的分子机制，其在未来癌症疗法的开发过程中扮演着关键角色。

4利用单细胞多组学技术揭示肾透明细胞癌中的关键调控程序

2022年7月，Cell Discovery期刊上发表了一篇题为“Single-cell multiomics analysis reveals regulatory programs in clear cell renal cell carcinoma”的研究论文，对ccRCC在单细胞水平进行了多维度的探索。该研究整合了single-cell RNA-seq（scRNA-seq）和single-cell ATAC-seq（scATAC-seq）数据，描绘了ccRCC的转录组和表观基因组图谱，识别了在肿瘤细胞和多种免疫细胞中发挥重要作用的调控因子，进一步阐明了ccRCC的异质性并发现了潜在的治疗靶点。

目前，多样化单细胞技术层出不穷，从各种单一组学、到多组学、到空间组学，单细胞在制药和临床检测领域产品开始落地，尤其是全球单细胞技术的应用研究不断取得突破，极大地更新了整个生物医药领域的面貌。

参考资料：

1.https://page.om.qq.com/page/Op1dMukyccAG78Uu5yqVMBfQ0

2.http://www.bioon.com.cn/protocol/showarticle.asp?newsid=98462

3.https://m.antpedia.com/news/wx_article/677421.html

4.ZHILIANG BAI，STEVEN WOODHOUSE，ZIRAN ZHAO, et al. Single-cell antigen-specific landscape of CAR T infusion product identifies determinants of CD19-positive relapse in patients with ALL, Science Advances (2022)

5.https://news.bioon.com/article/1eeae3330511.html