单细胞技术应用
干细胞生物学
干细胞分化与发育
诱导多能干细胞 (induced Pluripotent Stem Cell，iPSC) 是将成体细胞通过重编程技术而获得 的，一种类似胚胎干细胞样特性的多潜能细胞。但是体细胞重编程的效率不高，只有一小部分细胞成 为 iPSC。这导致获取 iPSC 需要极高的成本。使用单细胞技术对 iPSC 进行研究，有助于追踪干细胞分 化和发育的过程，提高重编程效率，降低 iPSC 的应用成本。
对不同阶段小鼠 iPSC 细胞进行 scRNA-seq[Buganim, Y et al. Cell. 2012]发现，Esrrb、Utf1、 Lin28 和 Dppa2 的表达比 Fbxo15、Fgf4 和 Oct4 的表达更能预测细胞是否进入 iPSC 阶段；对胚胎不同 时间线上的单细胞转录组和表观组测序[Cacchiarelli, D et al. Cell. 2015]，可观察早期胚胎发育 的模式基因；对主动脉内皮的 scRNA-seq [Lukowski SW et al. Cell Rep. 2019] ，可确定血管内祖 细胞和分化细胞之间的层次关系；对正在分化中的 iPSC 进行 scRNA-seq [Cuomo ASE et al. Nat Commun. 2020] 揭示了基因表达的动态遗传效应。
干细胞鉴定
胚胎干细胞（ESC）等各类干细胞与身体其他细胞之间的精确关系仍然没有明确定义，研究人员通过对不同类型干细胞的单细胞分析，可以对干细胞进行有效的分类、特征和功能鉴定。 汤富酬教授等人[Tang, F et al. Cell Stem Cell. 2010]对胚胎干细胞进行单细胞转录组测序，首次阐明了人内细胞团（ICM）向 ESC 转变的精确变化，揭示编码代谢因子的改变以及编码表观遗传抑 制因子的增加。此外，也有大量研究在不同层次对干细胞的种类和特性进行了研究（表 2-7）。
表 2-7 干细胞部分研究成果
基于干细胞的疾病研究与治疗
对干细胞进行单细胞分析，可以更好地理解疾病相关分子的潜在分泌途经，从而对疾病发生机制有全新的了解。
目前，基于干细胞的单细胞测序已被用于疾病的研究。有研究通过对人诱导多能干细胞（iPSC）的 单细胞测序（[Liao M. C et al. J. Neurosci. 2016]，图 2-6），测定了与 AD（阿尔茨海默病）发病 相关的核心分子——淀粉样β（aβ）和可溶性淀粉样前体蛋白 α（sAPPα），揭示了分子动态范围， 发现了 APP 裂解的复杂性；对慢性粒细胞白血病（CML）患者的 scRNA-seq 发现，慢性粒细胞白血病癌 症干细胞 CML-SCs 具有异质性[Giustacchini A et al. Nat Med. 2017] ，为 CML 造血破坏与临床结 局的关系提供了新的见解。
在单细胞水平上深入了解疾病机制或疾病治疗相关细胞信息，可指导针对相关细胞类型的新治疗 策略开发。对间充质干细胞（MSCs）进行 scRNA-seq[Huang, Y. et al. Cell Death Dis. 2019]发现， MSCs 异质性受细胞周期状态的控制且异质性有限。用 IFNγ 和 TNFα 对 MSC 进行预处理后，MSCs 的基 因表达呈现出均匀变化。由此，为疾病治疗中 MSCs 的标准化提供了参考。
图 2-3 单细胞技术检测 APP 裂解产物过程图
