《Cell》：Tabula Sapiens 2.0: A comprehensive transcriptomic atlas of human cell types
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Tabula Sapiens是一个参考人类细胞图谱，包含来自二十多个器官和组织的单细胞转录组数据。在此，我们报告Tabula Sapiens 2.0，它包含了来自九位新供体的数据，细胞数量翻倍，并新增了四种组织。这些新数据包括四位贡献了多个器官的供体，从而提供
Tabula Sapiens是一个参考人类细胞图谱，包含来自二十多个器官和组织的单细胞转录组数据。在此，我们报告Tabula Sapiens 2.0，它包含了来自九位新供体的数据，细胞数量翻倍，并新增了四种组织。这些新数据包括四位贡献了多个器官的供体，从而提供了一个独特的数据集，在其中遗传背景、年龄和表观遗传效应得以控制。我们展示了Tabula Sapiens数据在基因调控和衰老等不同领域的应用。Tabula Sapiens包含几乎所有人类转录因子的转录本，从而为几乎每个人类转录因子提供了推定的细胞类型特异性，并深入了解了它们潜在的调控作用。我们还分析了表达与细胞衰老相关典型基因的细胞的转录组，揭示了衰老的异质性和背景依赖性，并为衰老相关通路提供了新的假说。
研究背景与意义
单细胞转录组图谱正在为人类生物学提供重要的新见解，包括细胞类型的分子定义、疾病相关基因的细胞类型特异性表达，以及跨组织共享细胞类型（尤其是免疫系统）之间的关系。先前的研究工作创建了名为Tabula Sapiens 1.0的参考人类细胞图谱，包含来自不同供体的24个器官和组织的数据。然而，该图谱在细胞数量、供体多样性以及多器官供体的覆盖方面仍然有限，难以系统解析遗传背景、年龄和表观遗传效应对细胞状态的影响。此外，人类转录因子（Transcription Factor, TF）的细胞类型特异性表达模式及其调控作用尚未被系统阐明，细胞衰老的异质性及其在不同组织和细胞类型中的背景依赖性也有待深入探索。为此，研究人员构建了Tabula Sapiens 2.0，这是一个更大规模、更全面的多器官人类转录组细胞图谱，旨在为基因调控、衰老等研究提供参考资源。
研究人员开展了什么研究
研究人员整合了来自24位供体（年龄22至74岁）的28种组织、超过110万个细胞的单细胞转录组数据，其中1,093,048个细胞通过液滴微流控乳浊液获得，43,170个细胞通过荧光激活细胞分选（Fluorescence-Activated Cell Sorting, FACS）结合板式平台获得。所有细胞均依据Cell Ontology受控词汇进行自动注释，并经过人工检查和质控，最终定义了182种精细细胞类型和38种粗略细胞类型。基于这些数据，研究人员分析了人类转录因子（TF）的表达特异性，利用特异性统计量τ（tau）鉴定了890个细胞类型特异性TF和745个非特异性TF，并通过SCENIC（Single-Cell Regulatory Network Inference and Clustering）推断TF调控子活性。此外，研究人员识别了表达CDKN2A且不表达MKI67的细胞群（CDKN2A+ MKI67?），将其作为推定衰老细胞，分析了其在不同组织、细胞类型中的转录特征、衰老相关基因（Senescence-Associated Genes, SAGs）及其共表达模块。该研究的主要意义在于提供了一个全面的人类细胞类型转录组参考图谱，揭示了TF在不同细胞类型中的特异性调控网络，并阐明细胞衰老的表型具有高度异质性和背景依赖性，为理解基因调控和衰老机制提供了新见解。论文发表在《Cell》。
主要关键技术方法
研究人员采用了以下关键技术方法：1）利用液滴微流控（10x Genomics平台）和FACS分选结合Smart-seq2/2.5板式平台获取单细胞转录组；2）使用DecontX去除环境RNA污染，通过scVI整合多批次数据并校正批次效应；3）应用SCENIC推断转录因子调控子活性；4）采用τ统计量评估转录因子细胞类型特异性；5）通过差异基因表达分析（Wilcoxon检验）鉴定CDKN2A+ MKI67?细胞中的衰老相关基因（SAGs）；6）使用共识非负矩阵分解（cNMF）鉴定共表达基因模块，并通过基因集富集分析（GSEA）注释通路。样本来自美国北加州捐赠网络西部（Donor Network West）提供的器官和组织，包括21位供体的25种组织。
研究结果
**Tabula Sapiens 2.0概览**
Tabula Sapiens 2.0整合了24位供体的28种组织，包含超过110万个细胞，覆盖182种精细细胞类型和38种粗略细胞类型。供体年龄分布为22至74岁，包括7位40岁以下、11位40至60岁、6位60岁以上，其中男性11位，女性13位。所有数据可通过交互式在线门户（CELLxGENE）进行探索。
**跨细胞类型的转录因子分析**
研究人员分析了1,637个在GRCh38注释中出现的TF的转录本表达，发现除SHOX和ZBED1外，几乎所有TF都在至少一种细胞类型中表达。基于τ>0.85的标准，定义了890个细胞类型特异性TF。通过SCENIC分析，839个TF（占注释TF的51%）在至少一种细胞类型中具有推断的调控子活性。大多数调控子表现出高度的细胞类型限制性，平均仅在3.6种细胞类型中出现（标准差SD=4.0），表明大多数TF驱动特定细胞类型的表达程序，而非通用的管家功能。
**细胞类型特异性TF**
在T细胞大类中，FOXP3、EOMES以及三个Ikaros家族TF（IKZF1、IKZF2、IKZF3）具有τ>0.85，它们参与T细胞发育和功能调控。在成纤维细胞中，TCF21（肺）和TBX20（心脏）呈现器官特异性表达。干细胞大类中，ZIC1、CDX2、ASCL2等9个TF显示特异性，参与脂肪、骨、肠道等谱系决定。内皮细胞类中，HEY1、LHX6、FOXC2分别与动脉、静脉和淋巴管内皮命运相关。雄性生殖细胞中，204个TF的最高表达集中在该大类，其中约50%为睾丸特异性，且超过一半为锌指蛋白。
**普遍表达的TF**
对100个最低τ值的TF分析发现，其中许多参与应激反应、增殖和代谢等基本细胞功能，如NFAT5、ATF4、JUN、FOS等。通过查询人类蛋白质图谱（HPA），72个被检测的TF中有69个在细胞核中表达。研究人员发现，在细胞系中被认为必需的TF的τ值分布广泛，提示“必需基因”或“核心转录程序”的概念需结合活体背景重新评估。基因集富集分析显示，745个非特异性TF富集于69个GO生物学过程，涉及基因表达与调控、组织维持、细胞应激反应和细胞代谢等四大功能类别。
**表达衰老相关转录本的细胞分子特征**
研究人员识别了48,114个CDKN2A+ MKI67?细胞（约占总数的4.4%），分布于21位供体的25种组织、145种精细细胞类型中。衰老细胞的负担在眼睛、膀胱和舌中最高，在心脏、肌肉和卵巢中最低。差异表达分析确定了3,792个衰老相关基因（SAGs），其中CDKN2B最普遍，在约60%的细胞类型中上调。IL32和IFI27在超过40%的细胞类型中富集，可能参与旁分泌衰老诱导。通过UMAP聚类发现，CDKN2A+ MKI67?细胞的转录组按细胞类型聚集，而非按组织或供体聚集。通过共识非负矩阵分解（cNMF）和GSEA分析，研究人员鉴定了17个与衰老相关通路相关的基因表达模块，这些模块在不同细胞类型中差异富集，例如：上皮细胞和成纤维细胞富集细胞粘附相关基因（如PCDH17、DSCAML1）和表皮发育基因（如SCEL、KLK7、SPINT1）；肠上皮细胞和髓系白细胞富集线粒体呼吸链基因（如ATP6V1A、ATP5F1B、MT-CO2）；内皮细胞和成纤维细胞富集缺氧反应基因（如PTGS2、PTGIS、INHBA）；淋巴样细胞富集G1/S期阻滞基因；髓样细胞高表达线粒体功能障碍相关衰老（MiDAS）基因和蛋白酶体相关基因。这些结果表明，不同细胞类型中存在异质性和背景依赖性的衰老表型。
讨论与结论
讨论部分总结了Tabula Sapiens 2.0作为目前最全面的人类转录组细胞图谱参考，其应用包括预测药物靶向毒性、评估生物信息学工具和训练AI模型。研究人员指出，细胞类型特异性TF的发现为未来生化研究提供了方向，而普遍表达的TF可能参与尚未鉴定的核心转录程序。对于衰老研究，CDKN2A+ MKI67?群体中观察到的异质性提示开发针对特定组织和细胞类型的靶向衰老细胞清除药物（senolytics）具有潜力。研究局限性包括RNA丰度不能完全反映蛋白质水平或翻译后修饰，且基于RNA定义的衰老群体可能包含非衰老细胞或排除替代衰老程序的细胞。研究结论认为，Tabula Sapiens 2.0提供了最全面的人类多组织单细胞转录组参考，揭示了几乎所有人类转录因子的细胞类型特异性表达模式，并表明细胞衰老表型具有高度细胞类型和组织背景依赖性，为理解人类基因调控和衰老生物学提供了重要基础。
