Cell | 单细胞转录组揭示肝实质细胞及肺实质细胞的早期细胞谱系
原文题目：Single-Cell Transcriptomics Reveals Early Emergence of Liver Parenchymal and Nonparenchymal Cell Lineages
发表时间：2020年10月
影响因子：38.6
摘要：加拿大特里福克斯实验室一团队，揭示单细胞转录组学揭示了肝实质和非实质细胞谱系的早期出现。
早期肝脏的细胞复杂性和规模限制了对其器官形成过程中出现的分析。为了解决这些问题，作者分析了从胚胎E7.5天到E10.5天的45334个单细胞转录组数据。该研究的数据详细说明了血管内皮和血窦内皮的差异，包括E8.75天的血窦内皮独特转录谱。该研究描述了两种不同的间皮细胞类型以及早期肝星状细胞，并揭示了这些细胞群的不同时空分布。该研究捕获了肝母细胞特异性和迁移的转录谱，包括肝充质细胞类型的出现和肝母细胞集体迁移的证据。
建库及测序平台：10X Genomics，hromium Single Cell 30 Reagent v2 Chemistry Kit，Illumina Novaseq 6000 system
数据质控：Cell Ranger version 2.1.0
降维聚类、基因表达，差异基因分析等：scran、scater、Seurat
去批次：MNN，Harmony
细胞通讯分析：CellphoneDB、NicheNet（深入解析细胞中的基因表达是如何被相互作用的细胞所调节的）
结果：
1.在肝发生中的细胞图谱
作者分析了从胚胎发生第7.5天到第10.5天的内胚层及肝组织。为了富集实质性和非实质性肝细胞，E7.5和E8.75的内胚层、中胚层，E9.5和E10.5的肝芽通过细胞分选进行了剔除。质控后获得了45334个细胞（15个样本），细胞表达中位值为4190个基因。通过聚类获得15个亚群，并通过鉴定marker基因对其进行了注释，包括内胚层、间充质细胞，内皮细胞系和造血细胞等。细胞注释用先前发表的文章进行了验证。
为了更清楚地了解肝细胞类型的产生，作者进一步对内胚层、间充质干细胞和内皮细胞系分别进行了研究。这些细胞系单独进行了可视化，使用Palantir包进一步分析，在发育层面重建细胞系的关系。
2.肝窦和血管内皮细胞在E9.5由共同的内皮祖细胞分化而来
该研究分析了从E7.5到E10.5的2,066个内皮细胞和造血细胞的转录组。聚类后得到4个亚群，分别为血管母细胞、造血祖细胞、内皮细胞和肝窦内皮细胞（HSECs）。
为了详细说明造血细胞和来自血管母细胞的内皮细胞谱系之间的差异，作者使用Palantir包进行了拟时序分析来查看他们潜在的发展进化关系。
作者选择实心箭头处为起始点，选择了空心箭头处为三个终末状态，并计算了到达这些末端状态时每个轨迹的分化潜能和基因表达趋势。分化潜能在血管母细胞簇内最高；然而，内皮细胞和HSEC簇之间存在局部最大值，这表明HSEC中存在第二个cell fate decision（B黑色箭头）。通过对不同细胞类型特性相关的调节因子基因表达的分析，作者阐述了四种细胞类型间的分化发展。
3.早期肝脏中，横隔和肝间充质细胞的异质性
关于间充质（包括STM、间皮和肝星状细胞）的研究不多。因此，对于在早期肝脏中涌现的间充质细胞群体的多样性了解甚少。该研究从E8.75、E9.5和E10.5中计算分离了3691个肝间充质细胞，并基于聚类和差异基因表达分析鉴定了5个不同的亚群。对每个细胞群进行的单独描述和研究，部分用免疫荧光进行了验证。
（包括每个亚群特异性表达的基因，来自哪一个时间的组织，免疫荧光验证时处于组织的什么位置等）
4.早期肝脏中存在肝充质杂交祖细胞
胚胎肝形成于后腹前肠内胚层，它迁移侵入STM。为了探究这一转变，该研究计算分离了从E7.5到E10.5测序的2332个肝祖细胞，并使用聚类和差异表达分析来识别四种不同的细胞状态。
与第三部分研究类似，作者阐述了每个细胞亚群的特异性基因表达，相关的功能，时期来源等。
为了探索细胞特性的转变，作者计算了肝脏、间充质细胞和上皮细胞特异性基因平均值表达谱（图C）。根据对上皮和间充质基因谱结果的分析，早期肝实质内存在一种上皮-间充质混合祖细胞类型，表达与肝间质和肝间充质特性相关的基因。
5.肝母细胞和肝间充质通过不同的迁移机制出现
作者用Palantir推测两种细胞的分化轨迹，根据不同的基因的激活阐述了两种细胞类型不同的迁移机制。
（实心箭头为分化起点内胚层细胞，两个终末状态代表肝母细胞和肝间充质细胞。假时间的基因趋势显示内胚层标记物如Epcam和Foxa1的下调，以及与后前肠特征相关的基因的激活，如Pyy和Onecut1。在这两个实验中，我们看到了与肝细胞迁移相关的基因的激活，包括Hhex和Foxa3，以及肝脏特性，如Hnf4a和Afp（图B）。有趣的是，在肝母细胞终末状态的细胞中，我们看到了Foxa1的重新激活以及与肝脏特性相关的基因的维持；然而，在肝间充质轨迹中，我们没有看到它们的持续表达（图B）。相反，与上皮-间充质转化（EMT）相关的基因，如Snai1、Snai2和Zeb2被激活（图B）。）
6.原始血窦的信号通路
为了探究在血窦生成过程中的胞间相互作用，该研究用CellPhoneDB来确认endothelial, HSEC, hepatoblast,HSC, 和hepatomesenchymal lineages间潜在的通路。
正如预期的那样，作者看到明显的血管内皮生长因子信号，以及肝母细胞和HSC之间的PDGF信号（图A）。接下来，作者对于各种已经发表的和新发现的信号通路进行了细致的描述，阐述了其已知和预测的功能和作用。
