2018单细胞测序盘点：北大汤富酬教授连发11篇论文

　　

生物通报道：单细胞RNA测序技术随着近几年的迅速发展，已在多个领域，从早期胚胎发育到组织和器官发育、以及免疫学和肿瘤学开花结果。

2018年，这一领域国内外成果不断，比如北京大学的汤富酬课题组就接连发表了11篇文章，获得了单细胞测序领域的接连重要成果。

3月，这一研究组与中国科学院生物物理研究所王晓群课题组，北京大学第三医院乔杰研究组和首都医科大学附属安贞医院张军课题组联合在Nature上在线发表了题为“Single-cell RNA-Seq surveys a developmental landscape of the human prefrontal cortex”的文章。该研究利用单细胞转录组测序手段，绘制了人脑前额叶胚胎发育过程的单细胞转录组图谱，解析了人类胚胎大脑前额叶发育的细胞类型多样性及不同细胞类型之间的发育关系，揭示了神经元产生和环路形成的分子调控机制，并对其中关键的细胞类型进行了系统的功能研究,为绘制最终完整的人脑细胞图谱，奠定了重要的基础。

5月，汤富酬课题组、葛颢课题组，北京大学第三医院乔杰课题组联合在Nature Cell Biology上在线发表了题为“Tracing the temporal-spatial transcriptome landscapes of the human fetal digestive tract using single-cell RNA-sequencing”的研究论文。在国际上首次在单细胞分辨率和全转录组水平，全面、系统、深入地阐明了食道、胃、小肠和大肠这四种器官在人类胚胎发育过程中的基因表达图谱及其信号调控机制，揭示了这四种器官不同细胞类型之间的精准发育路径和基因表达特征，并进一步详细解析了大肠从胎儿到成人的发育、成熟路径和关键生物学特征。

这项研究首先分离并获取了人类6到25周胚胎中食道、胃、小肠和大肠以及成年人的大肠总计5,277个单细胞，并对其进行了高精度的单细胞转录组测序，获得了多达5T的基因表达谱数据。针对这些数据该团队结合t-SNE，KNN，PCA，Monocle2和StemID等多种生物信息学分析方法进行深度数据挖掘，全面系统地对这四种器官的发育进程在基因表达调控层面进行了深入的解析。

6月，他们在Cell Research上在线发表了题为“Spatial transcriptomic survey of human embryonic cerebral cortex by single-cell RNA-seq analysis”的文章。该研究利用单细胞转录组测序技术，绘制了人类胚胎中晚期（22-23周龄）大脑全皮层及脑干共22个脑区的高精度单细胞转录组图谱，系统解析了全皮层细胞类型多样性，揭示了不同脑区细胞组成的差异性以及同种类型神经元在不同脑区的基因差异表达特点，阐明了胚胎期不同脑区发育成熟的异步性特征。这是继2018年3月14日该合作团队在《Nature》发表对人类大脑前额叶发育调控工作之后在空间维度上对人类大脑发育的进一步系统分析。通过与其他课题组已发表的人类成年大脑神经元单细胞转录组数据进行系统的比较分析，确定了胚胎期大脑神经元细胞基因表达的关键特征。此外，该研究还系统分析了已知的自闭症风险基因在各个脑区兴奋性神经元中的表达特点和区域特异性，推测了胚胎发育时期对自闭症发生最密切相关的脑区以及潜在的风险基因，为研究神经系统疾病的发生机理提供了参考。

同月，汤富酬课题组，北京大学第三医院乔杰课题组合作在Nature Cell Biology在线发表了题为"Single-cell Multi-omics Sequencing of Human Early Embryos"的研究论文。利用汤富酬课题组发展的高精度的单细胞多组学测序技术“single-cell COOL-seq”(Cell Research, 2017)，首次在单细胞分辨率，解析了人类着床前胚胎发育过程中DNA甲基化组和染色质状态组的重编程过程，以及染色质状态与DNA甲基化之间的相互关系等关键生物学特征。

7月，汤富酬课题组与中国人民解放军总医院王岩课题组在国际知名学术期刊《Annals of the Rheumatic Diseases》（影响因子12）上在线发表了题为“Single-cell RNA-seq analysis reveals the progression of human osteoarthritis”的研究论文，首次在单细胞分辨率和全转录组水平阐明了骨关节炎软骨退变病程的高精度基因表达图谱及其信号调控机制，发现并定义了软骨细胞新的分子生物学分型，揭示了骨关节炎软骨退变基因表达特征与临床转归之间的关系，为骨关节炎患者的临床诊断和治疗靶标发掘提供了新的方向。

9月，汤富酬研究组与北京大学第三医院乔杰研究组合作在Cell Reports上在线发表了题为“Dissecting the global dynamic molecular profiles of human fetal kidney development by single-cell RNA sequencing”的研究论文。该研究对来自人类胚胎期7周到25周肾脏的3000多个单细胞进行了高精度的单细胞转录组测序分析。整个工作围绕肾脏发育过程中完整肾单位形成这一核心生物学事件，详细阐述了起始肾单位形成的前体细胞的异质性，分析了由肾单位前体细胞逐步分化产生不同类型的肾小管上皮细胞过程中对应的转录调控事件和信号通路调节机制。同时该研究也重点展现了目前已经鉴定的先天性肾病的候选致病基因在胚胎期肾脏中的表达特点。

12月，汤富酬研究组与北医三院付卫研究组、乔杰研究组，在《Science》期刊发表了题为“Single-cell Multi-omics Sequencing and Analyses of Human Colorectal Cancer”的研究论文。该研究在国际上首次从单细胞分辨率、多组学水平深入解析了人类结直肠癌在发生和转移过程中，基因组拷贝数变异、DNA甲基化异常及基因表达改变的特点及相互关系。

（生物通）