Nature Methods | 中国科学院赵方庆/冀培丰建立细胞外囊泡数据挖掘新技术

小细胞外囊泡(sEVs)在广泛的生理和病理过程中扮演着关键角色。然而，一个紧迫的挑战是缺乏能够揭示sEV复杂异质性和解码控制sEV分泌的潜在细胞行为的高通量技术。

2023年12月4日，中国科学院北京生命科学研究院赵方庆及冀培丰共同通讯在Nature Methods（IF=48）在线发表题为“SEVtras delineates small extracellular vesicles at droplet resolution from single-cell transcriptomes”的研究论文，该研究首次建立了胞外小囊泡异质性追踪算法SEVtras，并提出了胞外小囊泡分泌活性指标，以细胞外尺度描绘了不同类型细胞的生理活动状态。

该研究利用基于液滴的单细胞RNA测序(scRNA-seq)，并引入一种算法，SEVtras，来鉴定含有sEV的液滴，并估计单个细胞的sEV分泌活性(ESAI)。通过对模拟和真实数据集的广泛验证，作者证明了SEVtras在捕获含有sEVs的液滴和表征特定细胞类型的分泌活性方面的有效性。通过将SEVtras应用于四个肿瘤scRNA-seq数据集，进一步证明了ESAI可以作为肿瘤进展的有效指标，特别是在早期阶段。随着scRNA-seq数据集的重要性和可用性的增加，SEVtras有望为细胞异质性提供有价值的细胞外见解。

sEVs通过其生物活性物质介导细胞间通讯，在免疫应答、病毒致病性和癌症进展中发挥重要作用。许多研究表明，细胞释放的sEVs的数量和组成在不同情况下会有很大差异，这取决于生物发生方式、细胞类型和生理条件等因素。然而，传统的基于大体积RNA测序(RNA-seq)的方法经常结合这些复杂的信号，因此不能代表sEV群体的真正复杂性。最近，一些研究试图对大量sEV数据进行反卷积，以确定其起源组织，在某些情况下，甚至确定特定的细胞类型。其他研究试图利用微流体技术表征sEVs的数量和运载量。然而，这些尝试的一个主要限制是它们需要分离和纯化sEVs，导致丢失有关原始组织微环境的宝贵信息。迫切需要一种能够同时捕获细胞和sEVs异质性的方法。此外，没有现有的技术能够在不施加额外约束的情况下，在高通量规模上解决sEV的异构性，或者接近单个sEV的水平。因此，迫切需要开发一种能够在基于液滴的scRNA-seq数据集中识别sEV的有效方法，弥合sEV生物学和单细胞转录组学之间的差距。

为此，研究人员开发了一种名为SEVtras的算法，以液滴分辨率描绘sEV信号，并评估sEV在不同细胞类型中的分泌活性。通过使用模拟数据集、人间充质干细胞(MSC)和人胚胎肾293细胞系(293F)的scRNA-seq数据集以及CITE-seq数据集进行广泛评估，研究证明SEVtras可以有效捕获单细胞转录组中含有sEV的液滴。

SEVtras概述（图源自Nature Methods ）

此外，通过将scRNA-seq应用于MSC和293F细胞系的混合群体并进行实验以增强sEV分泌，作者证明了SEVtras可以准确破译不同细胞类型的sEV 分泌模式。进一步扩展到15种正常人体组织和结直肠癌(CRC)肿瘤组织中sEV异质性的表征，从而鉴定出sEV分泌活性升高的迁移恶性细胞亚群。最后，研究人员强调了SEVtras作为胰腺导管腺癌(PDAC)早期肿瘤血管浸润的有效指标的潜在用途。总之，这些结果强调了SEVtras通过研究分泌的sEV来深入了解细胞异质性的能力。

中国科学院北京生命科学研究院的何睿乔和朱俊杰为该文的共同第一作者，赵方庆研究员和冀培丰副研究员为该文的共同通讯作者。该项目得到了国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金重点项目及科技部重点研发计划项目资助。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41592-023-02117-1

转自：“iNature”微信公众号

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