Aging-TCA：跨物种睾丸衰老单细胞转录组图谱的构建与应用研究

为解决睾丸衰老研究中缺乏跨物种单细胞转录组综合分析平台的问题，研究团队开发了Aging-TCA数据库。该平台整合了人类、猕猴、小鼠和斑马鱼4个物种89个样本超过46万个睾丸细胞/核/点的单细胞与空间转录组数据，提供基因表达可视化、细胞通讯比较、轨迹分析等7大功能模块，为揭示睾丸衰老的分子调控机制提供了重要资源。论文发表于《BMC Genomics》。

　　

随着全球人口老龄化加剧和男性生育年龄的推迟，睾丸衰老对男性生殖健康的影响日益受到关注。睾丸作为人体中转录组最复杂的器官，其年龄相关的变化可能为理解衰老过程中基因表达失调提供重要窗口。研究表明，父亲年龄增长会导致精子DNA碎片增加、端粒长度异常，并提高流产和儿童疾病风险。尽管单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术已广泛应用于多物种睾丸衰老研究，但缺乏能够整合跨物种数据的综合分析平台，阻碍了人们对睾丸衰老机制的深入理解。

为解决这一问题，南通大学谢 Gangcai 团队在《BMC Genomics》发表了题为"Aging-TCA: a cross-species single-cell transcriptomic atlas for studying testicular aging"的研究论文，开发了一个包含人类、食蟹猴、小鼠和斑马鱼四种物种睾丸衰老数据的在线分析平台。

研究人员通过整合公共数据库中的单细胞转录组数据，构建了包含89个样本、392,056个单细胞/细胞核转录组 profiles 和76,802个空间转录组 spots 的综合数据库。人类数据涵盖21-69岁5个年龄阶段，猴类包含年轻(5-6岁)和年老(18-21岁)两组，小鼠包括年轻(2-3个月)和年老(21-24个月)群体，斑马鱼则覆盖5-27个月5个年龄点。利用Seurat软件进行数据质控、标准化和整合，通过Harmony方法消除批次效应，基于已知标记基因对睾丸细胞类型进行注释。

研究结果显示，Aging-TCA平台提供七大分析模块：基因调控网络(GRN)分析面板可识别衰老过程中保守和特异的调控模块，如人类生殖细胞模块1包含16个年轻和年老共享基因及9个年龄特异性基因

；年龄差异表达基因(Age-DEG)分析面板支持通过小提琴图和UMAP散点图进行样本水平和年龄组整合比较

；时间序列分析面板揭示人类睾丸细胞类型中基因表达的年龄动态变化及共表达网络；细胞轨迹分析面板利用Monocle 3软件展示年轻和年老群体精子发生过程中生殖细胞基因表达的伪时间动态，并支持跨物种比较

；细胞通讯分析面板通过CellChat和scDiffcom软件揭示衰老过程中睾丸细胞间相互作用的数量和强度变化，支持发射细胞和接收细胞为中心的分析以及特定配体-受体对研究

；空间转录组分析面板整合年轻和年老小鼠睾丸切片数据，支持细胞类型空间分布可视化、基因空间表达比较和空间可变基因识别

；细胞类型自动注释工具通过基于标记基因富集度的评分算法，帮助研究人员快速鉴定睾丸细胞类型

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研究表明，睾丸作为表达基因数量最多的人体组织，其衰老过程中的转录组变化具有重要研究价值。Aging-TCA数据库通过整合多物种单细胞和空间转录组数据，提供了强大的在线分析工具，支持睾丸衰老的时空动态研究。虽然当前平台在时间序列分析和空间转录组分析方面仅分别包含人类和小鼠数据，且不同物种间存在测序技术(scRNA-seq vs snRNA-seq)和年龄对应关系的差异，但通过PostgreSQL数据库与R Shiny框架的集成，实现了大数据集的高效管理和可视化。该资源将为睾丸衰老研究领域提供重要支持，促进对男性生殖衰老机制的深入理解。