miRTalk：基于单细胞转录组数据解析细胞外囊泡miRNA介导的细胞间通讯新范式

本期推荐：浙江大学团队开发miRTalk算法，通过整合EV-derived miRNA数据库与scRNA-seq数据，首次实现单细胞水平EV-miRNA靶向互作介导的细胞通讯网络重构。该研究在胶质母细胞瘤、肾纤维化等四种疾病模型中验证了方法的优越性，为解析生理病理过程中的细胞动态互作机制提供了新工具，相关成果发表于《Genome Biology》。

　　

细胞间通讯（Cell-cell communication, CCC）是生命活动的核心特征，而细胞外囊泡（Extracellular vesicles, EVs）携带的微小RNA（miRNA）正成为调控这一过程的关键介质。尽管单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术已实现单细胞分辨率下的转录组解析，但如何系统解码EV-derived miRNA介导的细胞互作网络仍面临技术瓶颈。现有计算方法多聚焦于配体-受体互作（LRI），却忽视了miRNA通过靶基因调控（MiTI）形成的复杂通讯网络，这极大限制了对疾病微环境中细胞互作机制的认知。

针对这一挑战，浙江大学医学院附属妇产科医院/药学院的多学科团队开发了创新性算法miRTalk。该方法通过构建涵盖人类、小鼠和大鼠的miRTalkDB数据库（整合ExoCarta、Vesiclepedia等权威资源验证的2567种人类EV-miRNA及其159万条靶向互作），首创性地将EV生物发生特征（EVBS）、RISC沉默复合体活性等模块纳入评分体系，建立了基于scRNA-seq数据推断EV-miRNA介导通讯的双向调控模型（含负调控与正调控MiTI）。相关研究成果发表于《Genome Biology》。

关键技术方面，研究团队采用ESCO模拟数据集验证算法性能（AUROC达0.97），通过TCGA队列和实验数据双重验证预测准确性：在结直肠癌细胞系中，miRTalk预测的miRNA评分与EV内实测miRNA水平显著正相关（r=0.82）；针对膀胱癌（BLCA）中已知致癌miR-24-3p和抑癌miR-29a-3p，其预测趋势与TCGA数据及文献报道完全一致；在卵巢癌（OV）治疗前后样本中，miR-24-3p评分变化与临床标志物CA125水平显著相关（P<0.01）。

研究结果部分揭示四大突破性发现：

"Oncogenic modulation of glioblastoma cells on the TME sensed by nonmalignant cells"：在胶质母细胞瘤（GBM）微环境中，miRTalk鉴定出1462条生存相关MiTI，包括8种新型GBM相关miRNA（如miR-222-3p/TP53BP2轴）。恶性细胞通过EV分泌miR-125b-5p显著抑制少突胶质前体细胞（OPC）中PABPC1表达（rho=-0.19），激活糖脂代谢通路；而巨噬细胞（MPs）来源的miR-221-5p对星形胶质细胞（Astro）的调控作用被证实具有靶向特异性。

"Characterization of signal transmissions forming the fibrogenic niche in the kidney"：肾纤维化模型中发现79条新型MiTI，损伤血管平滑肌细胞（VSMC）通过miR-27a-3p抑制肾小球上皮细胞（PEC）中Epha4表达，单细胞轨迹分析证实该互作驱动上皮-间质转化（EMT），促进肌成纤维细胞分化（伪时间分析P<0.001）。

"Identification of the granulocyte-hepatocyte communication discriminating between normal and fatty liver transplantation"：在脂肪肝移植缺血再灌注（IRI）模型中，粒细胞特异性miR-223-3p通过抑制肝细胞Vimentin（Vim）表达发挥保护作用。体外OGD/R实验证实，miR-223-3p激动剂处理使BRL-3A肝细胞存活率提升2.1倍（P<0.01），Vim mRNA水平下降63%。

"Inference of spatially resolved pro-generative communication in the mouse skeletal muscle injury"：空间转录组分析发现损伤区miR-142a-5p-Nmrk2与未损伤区miR-145a-5p-Ms4a6c形成时空互补的修复网络，其中72%预测循环miRNA（如miR-142a-5p）与已报道的血浆miRNA谱吻合，提示肝脏-肌肉器官间通讯可能参与修复过程。

讨论部分强调，miRTalk的创新性体现在三方面：首次建立EV-miRNA介导通讯的计算框架；通过模块评分策略（EVBS+RISC/RITAC）提升预测特异性；发现36种新型疾病相关MiTI。局限性在于现有scRNA-seq技术对成熟miRNA捕获效率不足，而新兴的snRandom-seq技术有望解决此瓶颈。该研究为解析糖尿病、肿瘤等疾病的细胞互作机制提供了新视角，未来可与LRI分析方法形成互补，全面揭示微环境调控网络。

这项研究标志着计算生物学在细胞通讯解析领域的重要突破，其开源工具（https://github.com/multitalk/miRTalk）已支持人类、小鼠和大鼠三大模式生物的分析，将为再生医学、肿瘤免疫等研究提供强有力的方法学支撑。随着空间多组学技术的发展，miRTalk有望在器官间通讯解析中发挥更大价值。