今天小優(yōu)為大家?guī)砩窠?jīng)領(lǐng)域研究中單細(xì)胞多組學(xué)技術(shù)的應(yīng)用案例，同時為大家提供了從基因、蛋白、組織到細(xì)胞的多維度實驗思路。

基因分析
一、Nature Communications:發(fā)現(xiàn)阿爾茨海默病潛在治療靶點
 
阿爾茨海默病(AD)的脂質(zhì)異常是人們了解最少的。本文研究了脂肪酸去飽和的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子SCD在AD發(fā)病機制中的作用。發(fā)現(xiàn)在AD的3xTg小鼠模型中，抑制大腦SCD活性1個月改變了海馬中與AD相關(guān)的核心轉(zhuǎn)錄組通路，并同時恢復(fù)了海馬功能的重要組成部分，包括樹突刺和結(jié)構(gòu)、即時早期基因表達以及學(xué)習(xí)和記憶本身。此外，SCD抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的激活。這些數(shù)據(jù)表明，腦脂肪酸代謝將AD基因與下游的免疫、突觸和功能損傷聯(lián)系起來，表明SCD是AD治療的潛在靶點。
為了更好地了解早期有癥狀的3xTg海馬體的遺傳狀態(tài)，研究者對8個月大的雌性野生小鼠和3xTg小鼠進行了全海馬bulk RNA測序及單細(xì)胞RNA測序。
 
小膠質(zhì)細(xì)胞僅占海馬細(xì)胞的5-10%，存在于多種細(xì)胞狀態(tài)，對組織加工應(yīng)激高度敏感，因此在其原生環(huán)境下研究具有挑戰(zhàn)性。研究者使用溫和的、基于微孔的BD Rhapsody單細(xì)胞系統(tǒng)，以最大限度地提高細(xì)胞活力和產(chǎn)量。

二、在Aβ淀粉樣變小鼠模型中，Abi3基因位點缺失加重阿爾茨海默病的神經(jīng)的病理特征
 
最近，在大規(guī)模的人類遺傳學(xué)研究中，發(fā)現(xiàn)了與阿爾茨海默病(AD)風(fēng)險增加有關(guān)的ABI3基因的罕見編碼變異。然而，ABI3參與AD發(fā)病機制的途徑尚不清楚。為了解決這個問題，我們確定了ABI3功能的喪失是否會影響5XFAD小鼠模型中AD的病理特征。我們證明，Abi3位點的缺失顯著增加了淀粉樣蛋白(Aβ)的積累，并減少了斑塊周圍小膠質(zhì)細(xì)胞的聚集。此外，在5XFAD的Abi3敲除(Abi3- /-)小鼠中，長期增強作用受損。此外，我們使用單細(xì)胞RNA測序方法發(fā)現(xiàn)Abi3- /-小鼠中小膠質(zhì)細(xì)胞亞群的比例發(fā)生了顯著變化。機制研究表明，Abi3基因在小膠質(zhì)細(xì)胞中被敲除會損害細(xì)胞的遷移和吞噬功能?？傊?，我們的研究提供了體內(nèi)功能證據(jù)，證明ABI3功能喪失可能通過影響Aβ積累和神經(jīng)炎癥增加AD發(fā)展的風(fēng)險。

三、神經(jīng)元研究: FGF21激素在大腦中起到抑制糖分?jǐn)z入和調(diào)控甜味偏好的重要作用

 成纖維細(xì)胞生長因子21（Fibroblast growth factor 21，F(xiàn)GF21）是一種肝臟源激素，可向下丘腦腹內(nèi)側(cè)（ventromedial hypothalamus，VMH）的谷氨酸能神經(jīng)元發(fā)出信號，以抑制碳水化合物的攝入。在此項試驗中，來自愛荷華大學(xué)醫(yī)學(xué)院和丹麥哥本哈根大學(xué)的研究團隊充分利用了BD Rhapsody單細(xì)胞測序平臺，以合理評估哪些細(xì)胞能夠在下丘腦中表達FGF21的輔助受體KIb（β-klotho）：首先通過BD FACS AriaII對小鼠下丘腦中的目標(biāo)單細(xì)胞進行篩選，然后將篩選出的細(xì)胞加載到BD Rhapsody上捕獲單個細(xì)胞，并進行cDNA的合成。后續(xù)，使用兩個定制引物panel生成cDNA文庫，該panel由BD設(shè)計，分別包含低豐度表達基因和高豐度表達基因。通過該方法以及BD Resolve analysis pipeline，研究人員對活細(xì)胞進行了有效的細(xì)胞排序、質(zhì)量過濾和測序數(shù)據(jù)注釋，最終獲得了1,904個分類后推定的Klb細(xì)胞。隨后，運用tSNE分析和無監(jiān)督聚類，確定了12個神經(jīng)元和非神經(jīng)元細(xì)胞類型的聚類。通過這一途徑，研究人員得以精確識別下丘腦中的FGF21靶細(xì)胞，并揭示了激活谷氨酸能神經(jīng)元的FGF21信號是介導(dǎo)FGF21誘導(dǎo)的糖抑制和甜味偏好的必要和充分條件。

文章同款技術(shù):BD Rhapsody單細(xì)胞平臺
BD Rhapsody平臺對于單細(xì)胞的捕獲是基于自然沉降原理，不會對神經(jīng)研究中的脆弱細(xì)胞造成額外損傷，無外界壓力刺激，同時平臺可以捕獲異型細(xì)胞，直徑<50um，對于細(xì)胞活性要求>50%

蛋白分析
一、《Nature》星形細(xì)胞白細(xì)胞介素-3編程小膠質(zhì)細(xì)胞并限制阿爾茨海默病
哈佛醫(yī)學(xué)院研究團隊在人類和小鼠中發(fā)現(xiàn)，星形膠質(zhì)細(xì)胞來源的白細(xì)胞介素-3（IL-3）對小膠質(zhì)細(xì)胞進行編程以改善AD的病理學(xué)。在識別出Aβ沉積后，小膠質(zhì)細(xì)胞增加其IL-3Rα的表達——IL-3的特異性受體（也稱為CD123）——使其對IL-3產(chǎn)生反應(yīng)。星形膠質(zhì)細(xì)胞組成性地產(chǎn)生IL-3，其誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄、形態(tài)和功能編程，從而賦予它們急性免疫反應(yīng)程序、增強的運動性以及聚集和清除Aβ和tau聚集體的能力。這些變化限制了AD的病理學(xué)和認(rèn)知能力的下降。
 
通過MSD多陣列電化學(xué)發(fā)光分析試劑盒同時測量培養(yǎng)基中Aβ38、Aβ40和Aβ42的水平，并檢測10種人趨化因子的相對表達，研究發(fā)現(xiàn)IL-3是星形膠質(zhì)細(xì)胞-小膠質(zhì)細(xì)胞相互作用的關(guān)鍵介質(zhì)，也是AD治療干預(yù)的一個節(jié)點。

二、神經(jīng)重磅標(biāo)志物：GFAP
GFAP是膠質(zhì)纖維酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein）的英文簡稱，是星形膠質(zhì)細(xì)胞活化的標(biāo)志物。膠質(zhì)纖維酸性蛋白。神經(jīng)膠質(zhì)纖維酸性蛋白(GFAP)是一種Ⅲ型中間絲狀蛋白，以單體形式存在。星形膠質(zhì)細(xì)胞增生往往伴隨膠質(zhì)纖維酸性蛋白GFAP的表達增加。因此，GFAP可作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷時星形膠質(zhì)細(xì)胞增生的生物標(biāo)志物。最近，對血液中GFAP濃度的分析已經(jīng)證明，血漿GFAP可區(qū)分阿爾茲海默癥不同階段。

文章同款技術(shù):
MSD是第三代免疫分析技術(shù)，基于電化學(xué)發(fā)光的原理，只需要25uL樣本即可一次性檢測10個指標(biāo)，具有fg/mL的檢測靈敏度，比pg/mL靈敏度提高1000倍，4-5log檢測范圍，在神經(jīng)疾病研究中，尤其對于腦脊液等珍貴樣本，可以實現(xiàn)25uL樣本同時檢測Aβ38、Aβ40和Aβ42。
人pTau181檢測，檢測范圍可達77 - 990,000 fg/mL
人Tau (total)檢測靈敏度可達12 - 90,000 fg/mL
人GFAP檢測范圍可達330 - 2,300,000 fg/mL

組織分析
一、對于小膠質(zhì)細(xì)胞激活檢測
暴露于神經(jīng)毒性藥物會導(dǎo)致炎癥反應(yīng)，如激活的小膠質(zhì)細(xì)胞。檢測活化的小膠質(zhì)細(xì)胞對于了解化合物的毒性是至關(guān)重要的。HALO Microglial Activation可檢測小膠質(zhì)細(xì)胞、細(xì)胞體及其過程，并最終報告激活的小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量、失活的小膠質(zhì)細(xì)胞的數(shù)量以及檢測到的陰性（非小膠質(zhì)）細(xì)胞的數(shù)量。
 

HALO 定量分析小膠質(zhì)細(xì)胞的激活狀態(tài)。（左：小膠質(zhì)細(xì)胞-棕色；右：激活小膠質(zhì)細(xì)胞的細(xì)胞體-紅色，未激活或休眠的小膠質(zhì)細(xì)胞-綠色）

文章同款技術(shù):
HALO是專業(yè)的病理圖像處理及分析軟件，具有簡單易用的操作界面，快速的分析速度及高通量的工作流程，為數(shù)字病理的全組織切片分析提供逐個細(xì)胞/對象的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)結(jié)果。針對H&E、免疫組織化學(xué)、免疫熒光、原位雜交、熒光原位雜交、TMA 組織芯片以及特殊染色等數(shù)字病理切片，HALO數(shù)字病理圖像分析平臺提供組織分型、區(qū)域面積定量、細(xì)胞（胞核/膜/漿免疫標(biāo)記物標(biāo)記）定量、細(xì)胞及組織特征的空間分布分析。

細(xì)胞層面
Lonza核轉(zhuǎn)染技術(shù)
 
電轉(zhuǎn)通常需要細(xì)胞處于懸浮狀態(tài)進行轉(zhuǎn)染。Lonza 4D NucleofectorTM Y 模塊為客戶提供了更多的選擇，直接在細(xì)胞貼壁狀態(tài)下進行電轉(zhuǎn)。尤其適用于原代培養(yǎng)神經(jīng)元，可以用Y模塊轉(zhuǎn)染而不影響其功能，效率高達70%