百邁客作為國內(nèi)引進10x visium 空間轉(zhuǎn)錄組測序平臺的公司，目前累計成功制備50余種組織類型、1000+例的空間轉(zhuǎn)錄組樣本，覆蓋的物種不僅包括人和鼠，還覆蓋了其他一些哺乳動物、昆蟲、水產(chǎn)動物等，同時在植物上百邁客也是率先突破了植物空間轉(zhuǎn)錄組應(yīng)用難題，解決了植物組織冷凍包埋、冷凍切片、組織優(yōu)化等技術(shù)難點，已經(jīng)成功在擬南芥、水稻、大豆、小麥、玉米等植物上積累大量空間轉(zhuǎn)錄組經(jīng)驗?？梢哉綖閺V大老師提供植物空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)服務(wù)，提供完善的動植物時空多維解決方案。今天為大家?guī)砜臻g轉(zhuǎn)錄組技術(shù)在人類脂肪組織對胰島素敏感性研究報道，詳解見下文：

 

英文題目：Spatial mapping reveals human adipocyte subpopulations with distinct sensitivities to insulin

中文題目：空間圖譜揭示人類脂肪細(xì)胞亞群對胰島素有不同的敏感性 期刊名稱：Cell Metabolism

影響因子：27.287

細(xì)胞異質(zhì)性和結(jié)構(gòu)對白色脂肪組織(WAT)功能的貢獻(xiàn)尚不清楚。在此，作者利用空間轉(zhuǎn)錄組（stRNA-seq）與單細(xì)胞測序（scRNA-seq）和圖像分析相結(jié)合，繪制了人類WAT的組成和結(jié)構(gòu)。最終，該研究確定了18個具有獨特傾向的細(xì)胞類群，形成空間組織的同型和異型集群。其中三種構(gòu)成了成熟的脂肪細(xì)胞，它們的大小相似，但在空間排列和轉(zhuǎn)錄譜上不同?；跇?biāo)記基因，作者將其命名為Adipo PLIN、Adipo LEP和Adipo SAA。通過對數(shù)據(jù)進行分析，證實了它們各自的基因譜與脂肪細(xì)胞和全身胰島素敏感性存在不同的關(guān)聯(lián)。高胰島素-正常血糖葡萄糖鉗夾的體內(nèi)胰島素刺激顯示只有AdipoPLIN對胰島素有轉(zhuǎn)錄反應(yīng)，也進一步證實了作者的結(jié)果。總之，通過挖掘這一多通道資源，作者確定了人類WAT由三種成熟脂肪細(xì)胞組成，其中只有一種是胰島素應(yīng)答的。

背景介紹

WAT通過儲存、釋放脂質(zhì)和分泌因子來調(diào)節(jié)熱量的攝入，從而在能量穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用。同時，WAT在細(xì)胞組成和結(jié)構(gòu)等功能方面也起著關(guān)鍵作用。與大腦、胰腺和肝臟等器官相比，WAT沒有明顯的組織結(jié)構(gòu)，加上許多固有細(xì)胞類型缺乏明確定義的標(biāo)記，因此對定義WAT的微結(jié)構(gòu)提出了挑戰(zhàn)。

為了對WAT細(xì)胞進行更深入的了解，作者利用scRNA-seq和stRNA-seq對其進行了測序研究，并將數(shù)據(jù)與圖像結(jié)合分析，最終提供了人類皮下腹腔WAT的細(xì)胞類型和結(jié)構(gòu)的全面圖譜。通過對這一資源的挖掘以及在人體中進行的功能性研究，作者確定了三種表現(xiàn)出不同空間定位和對胰島素反應(yīng)差異的脂肪細(xì)胞群體，表明脂肪細(xì)胞異質(zhì)性是WAT對胰島素敏感性的決定因素。

研究方法

空間轉(zhuǎn)錄組；單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組；免疫熒光；分離脂肪細(xì)胞大小測定；高胰島素-正常血糖葡萄糖鉗夾等

研究結(jié)果

1. 空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)鑒定了人類WAT的多種細(xì)胞特征

作者使用10x Genomics Visium平臺對?WAT中的細(xì)胞類型的異質(zhì)性和空間位置進行了研究。通過穿刺活檢獲得體重指數(shù)、年齡和對胰島素敏感性均有差異的10個人的腹部皮下WAT樣本。對其覆蓋27,937個spots的數(shù)據(jù)進行空間轉(zhuǎn)錄組分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)每個切片平均檢測17,303個獨特基因和3,280,607個UMIs（圖1B）。通過對數(shù)據(jù)進一步分析，共鑒定了?20種不同的細(xì)胞類群（C01-C20;圖1C），且存在于所有捐助者中。接下來，將目前的結(jié)果與最近發(fā)表的人類WAT間質(zhì)血管的單細(xì)胞數(shù)據(jù)進行整合分析?，結(jié)果表明，空間數(shù)據(jù)包含了內(nèi)皮細(xì)胞、免疫細(xì)胞和祖細(xì)胞的特定群體（圖1D）。人工注釋標(biāo)記基因協(xié)助作者對20類細(xì)胞類型進行標(biāo)注（圖1E），主要包括免疫細(xì)胞（單核細(xì)胞［C15］, Ml-like［C20］和 M2-like 巨噬細(xì)胞［C08］,樹突細(xì)胞［C16］,肥大細(xì)胞［C10］, B細(xì)胞［C18］和NK細(xì)胞［C13］）,血管細(xì)胞（微血管 ［C05］和經(jīng)典［C14］內(nèi)皮細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞［C17 / C19］）和脂肪細(xì)胞祖細(xì)胞（C07 / C09 / C12）。在后者中，C07表達(dá)成熟的前脂肪細(xì)胞/脂肪干細(xì)胞標(biāo)記物，C09表達(dá)編碼纖維化和細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的轉(zhuǎn)錄本，而C12是前兩者的混合。一個祖細(xì)胞類群（C11）富集了多個編碼金屬硫蛋白的基因，在立體分析中將其歸為祖細(xì)胞（圖1D）。然而，在UMAP中，它從其他三個祖細(xì)胞中分離出來，因此，作者確定了其特征基因在脂肪生成的整體轉(zhuǎn)錄譜和WAT的不同組分中的表達(dá)。這些分析證實了C11在脂肪祖細(xì)胞中富集，并在人類脂肪形成過程中瞬時表達(dá)。

空間數(shù)據(jù)分析了成熟脂肪細(xì)胞，他們在C03-C20 細(xì)胞類群中占比達(dá)到31%-57%。圖1E中顯示，作者鑒定了三種成熟脂肪細(xì)胞(C03/C04/C06)，它們有明顯差異的標(biāo)記基因。

2. WAT在空間上分為同型和異型細(xì)胞群

? ??為了系統(tǒng)地確定WAT的細(xì)胞類型，作者計算了每個相鄰spot點內(nèi)細(xì)胞的傾向性，這里稱為同型聚類評分(圖2A)。分析結(jié)果顯示，所有免疫細(xì)胞、脂肪祖細(xì)胞、血管細(xì)胞以及成熟脂肪細(xì)胞在同型評分中均表現(xiàn)出較大跨度(圖2B,2c)。免疫細(xì)胞中的 M1-like巨噬細(xì)胞(C20)、B細(xì)胞(C18)和肥大細(xì)胞(C10) 通常在細(xì)胞簇中； 而M2-like巨噬細(xì)胞(C08)和NK細(xì)胞(C13) 則分布在組織各處。對于脂肪祖細(xì)胞，C09和C11 的聚類水平高于C07和C12。對同型簇的檢查顯示，C09位于纖維/血管結(jié)構(gòu)之上，而 C11位于含有脂肪細(xì)胞的區(qū)域。成熟脂肪細(xì)胞的同型評分較低，除C06外，在組織切片的特定區(qū)域密度較高。對于罕見事件，如大血管結(jié)構(gòu)，其評分在樣本之間顯示出更多的可變性，因為這些特征并不是在所有的部分都存在。然而，經(jīng)典內(nèi)皮細(xì)胞(C14)和血管平滑肌細(xì)胞(C17/C19)在更大的血管結(jié)構(gòu)區(qū)域被檢測到，而微血管內(nèi)皮細(xì)胞(C05)均勻分布于整個組織。

? ? ? ?為了確定不同細(xì)胞類型之間的空間關(guān)系，作者還開發(fā)了一種算法對異型鄰域分析 (圖3A)，揭示了幾種關(guān)聯(lián)性(圖3B,3C)。正如預(yù)期的那樣，較大血管結(jié)構(gòu) (C14/C17/C19)彼此之間的距離比與血管樣組織的距離更加靠近；M2-like巨噬細(xì)胞(C08)經(jīng)常位于兩種脂肪祖細(xì)胞附近：C09的同型簇(圖3C)和分散的C12，這與小鼠研究一致。此外，樹突狀細(xì)胞(C16)與其他免疫細(xì)胞表現(xiàn)出較高的異型評分，而兩類成熟脂肪細(xì)胞(C03/C04)相互共定位，并與C06脂肪細(xì)胞明顯分離?？傊愋袜徲蚍治霰砻?，WAT的空間定義比預(yù)期的更明確，具有特定的細(xì)胞-細(xì)胞關(guān)系。

3. 人類WAT含有不同的成熟脂肪細(xì)胞亞群

 

? ? ? ? ? ?作者的分析確定了三種不同類型的成熟脂肪細(xì)胞，它們具有不同的轉(zhuǎn)錄譜和空間排列。作者進一步定義了每個亞型的標(biāo)記基因（圖4A），結(jié)果發(fā)現(xiàn)了LEP（編碼脂肪因子瘦素）、PLIN1/PLIN4（編碼脂滴蛋白perilipin-1和-4）和SAA1/SAA2（編碼血清淀粉樣蛋白A1和A2急性期蛋白質(zhì)）是各分類中最獨特的基因。因此，作者將這些亞群體命名為Adipo LEP、Adipo PLIN和Adipo SAA。如結(jié)果所示，Adipo LEP富集了細(xì)胞-細(xì)胞/基質(zhì)細(xì)胞相互作用蛋白和瘦素信號/分泌調(diào)節(jié)基因。AdipoPLIN標(biāo)記基因與葡萄糖和脂質(zhì)代謝以及脂肪因子脂聯(lián)素相關(guān)。雖然Adipo SAA與Adipo PLIN有一些共同的標(biāo)記基因，但這類基因也富集了多種與視黃醇代謝及結(jié)合的多種脂肪因子和酶。為了證實這三種亞型的標(biāo)記基因在成熟脂肪細(xì)胞中表達(dá)，作者分析了大量配對樣本的轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)，比較了從WAT中分離的脂肪細(xì)胞和非脂肪細(xì)胞。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，50個標(biāo)記基因在脂肪細(xì)胞中富集（圖4B）,說明Adipo LEP、AdipPLIN和AdipoSAA代表不同類型的脂肪細(xì)胞?？臻g數(shù)據(jù)的進一步分析顯示，這些亞型表現(xiàn)出相互的表達(dá)模式（圖4C）。作者用針對AdipoLEP（DDR2）和Adipo PLIN （HSL,由LIPE編碼）標(biāo)記蛋白的抗體對從人皮下WAT分離的成熟脂肪細(xì)胞進行染色，驗證了該結(jié)果（圖4D）。此外，還使用針對CD36（Adipo PLIN的標(biāo)記物）和 CSDEl（Adipo LEP的標(biāo)記物）的抗體對人類成熟脂肪細(xì)胞進行了免疫共標(biāo)記，觀察到其相互的染色模式。對于Adipo SAA，作者進行了多種抗體的測試，但沒有一種抗體顯示出足夠的特異性。綜上所述，空間數(shù)據(jù)可在蛋白質(zhì)水平上進行概述，并支持所鑒定的脂肪細(xì)胞具有不同表達(dá)譜的亞群。

4. 脂肪細(xì)胞的大小并不是脂肪細(xì)胞異質(zhì)性的決定因素

 

? ? ? ?由于脂肪細(xì)胞的大小和數(shù)量影響WAT的功能，因此我們將這兩個參數(shù)與已鑒定的脂肪細(xì)胞亞型的關(guān)系進行了確定。結(jié)果表明Adipo LEP是最豐富的細(xì)胞類群，其次是Adipo PLIN和Adipo SAA。在這個相對較小的隊列中， 肥胖與非肥胖受試者的比較顯示，前者Adipo PLIN細(xì)胞較少，而兩組間Adipo LEP和Adipo SAA的比例相似。相比之下，供體年齡并不影響脂肪細(xì)胞亞型的比例。為了測試脂肪細(xì)胞亞型是否在細(xì)胞體積上顯示出差異，作者開發(fā)了一個自動圖像分析流程，可將脂肪細(xì)胞大小數(shù)據(jù)與來自相應(yīng)spot的基因表達(dá)譜整合（圖5A）。各受試者的數(shù)據(jù)分析顯示，直徑存在顯著的差異: AdipoPLIN（74 mm）平均小于Adipo SAA （76 mm）和AdipoLEP（77 mm）（圖5E）。為了測試細(xì)胞大小是否是脂肪細(xì)胞亞型的決定因素，比較了小脂肪細(xì)胞和大脂肪細(xì)胞差異表達(dá)的基因（圖5F和5G）。結(jié)果表明 ，Adipo LEP和Adipo PLIN （Adipo SAA點數(shù)盤較少，無法進行可靠的分析）對細(xì)胞大小的差異做出了響應(yīng)（圖5G）。綜上所述，這些分析表明:⑴ 脂肪細(xì)胞亞型的比例受肥胖的影響；（2）小脂肪細(xì)胞和大脂肪細(xì)胞的基因發(fā)生了差異表達(dá)，⑶雖然脂肪細(xì)胞亞型對脂肪細(xì)胞大小的變化有反應(yīng)，但這并不能解釋脂肪細(xì)胞的異質(zhì)性。

5.? 體內(nèi)脂肪細(xì)胞亞群對胰島素的反應(yīng)不同

? ? ? ??接下來，作者的目標(biāo)是了解脂肪細(xì)胞亞型對組織功能的貢獻(xiàn)。為深入了解脂肪細(xì)胞亞型方面的功能，作者對56女性的WAT轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進行了綜合分析，其中還對新鮮分離的脂肪細(xì)胞進行了脂肪分解/脂肪生成測量。在比較56名女性數(shù)據(jù)時，Adipo PLIN、Adipo LEP和Adipo SAA標(biāo)記基因形成了單獨的、共同調(diào)控的集群(圖6A)，可用來確定細(xì)胞類型豐度和脂肪細(xì)胞表型之間的關(guān)系。與空間數(shù)據(jù)一致 ，Adipo PLIN在肥胖人群中的比例降低，分析顯示Adipo PLIN與BMI之間負(fù)相關(guān)，AdipoSAA與BMI也呈負(fù)相關(guān)，而AdipoLEP呈正相關(guān)（圖6B）。

? ? ? ??在脂肪細(xì)胞中，兒茶酚胺刺激脂肪分解，胰島素抑制脂肪分解促進脂肪生成。通過校正BMI（圖6c），作者觀察到AdipoPLIN和兩種脂解指標(biāo)之間存在正相關(guān)，而AdipoLEP與這些參數(shù)沒有或弱負(fù)相關(guān)。對于胰島素刺激脂肪生成，研究發(fā)現(xiàn)Adipo PLIN與此指標(biāo)呈正相關(guān)，AdipoLEP呈負(fù)相關(guān)。相比之下，AdipoSAA與任何研究參數(shù)均無顯著相關(guān)性?？傊?，這表明Adipo PLIN與AdipoSAA相比，Adipo PLIN與更明顯的胰島素反應(yīng)有關(guān)。為了在人體內(nèi)測試這一發(fā)現(xiàn)，作者在高胰島素-微生物-正血糖鉗夾2小時后，從10個個體中的4個收集了 WAT樣本，并進行了空間轉(zhuǎn)錄組分析（圖7A，7B）。穩(wěn)定狀態(tài)下的胰島素平均濃度是空腹?fàn)顟B(tài)下的10倍，從葡萄糖處理率（m值）可以看出，4例患者均表現(xiàn)出明顯的胰島素敏感性（圖7B）。高胰島素血癥的空間數(shù)據(jù)與禁食狀態(tài)下獲得的樣本質(zhì)量相似（圖7B），兩者的比較在基因表達(dá)水平上明確了胰島素反應(yīng)（圖7C）。這些數(shù)據(jù)與之前報道的高胰島素鉗夾隊列的大量組織RNA測序顯示出一致的結(jié)果，表明空間分析捕捉到了胰島素的急性反應(yīng)。盡管胰島素誘導(dǎo)了一個快速的轉(zhuǎn)錄反應(yīng)，但在這個時間框架內(nèi)，它本身并不是脂肪細(xì)胞異質(zhì)性的驅(qū)動因素（圖7D）。接下來，作者根據(jù)細(xì)胞類型進行胰島素反應(yīng)分析。對于脂肪細(xì)胞，在AdipoPLIN中有多個基因?qū)σ葝u素有顯著反應(yīng)，AdipoSAA中變少，而AdipoLEP中只有一個基因（圖7E）。作者評估了個體間對胰島素的轉(zhuǎn)錄反應(yīng)是否存在數(shù)量差異，分析結(jié)果表明，Adipo PLIN反映了 M-values值，但這在其他兩個亞型中不明顯（圖7F和7G）?？傊?，這些數(shù)據(jù)表明，體內(nèi)對胰島素的轉(zhuǎn)錄反應(yīng)主要歸因于Adipo PLIN，而其他脂肪細(xì)胞亞型對高胰島素血癥仍然沒有反應(yīng)。

結(jié)論

? ? ? ??作者鑒定了人類WAT組織的空間圖譜，證實其由多種類型的細(xì)胞組成，并排列在特定的區(qū)域。此外，WAT至少包含三種不同表型的脂肪細(xì)胞亞型。在禁食和高胰島素狀態(tài)下，只有一個脂肪細(xì)胞亞群對胰島素有反應(yīng)，這表明脂肪細(xì)胞異質(zhì)性是WAT胰島素敏感性的決定因素。雖然研究主要集中在成熟脂肪細(xì)胞，但數(shù)據(jù)集信息非常豐富，也為后續(xù)深入研究WAT體系結(jié)構(gòu)和細(xì)胞異構(gòu)性提供了一個開放資源。

研究的局限性

? ? ? ??雖作者對WTA有了一定的了解，但仍有一些問題沒有得到解答。例如，未確定脂肪細(xì)胞異質(zhì)性的決定因素。未研究常見的代謝紊亂，如2型糖尿病對WAT 微結(jié)構(gòu)和不同脂肪細(xì)胞亞型比例的影響。重要的是，脂肪細(xì)胞異質(zhì)性在多大程度上促成了胰島素抵抗以及異位脂質(zhì)沉積尚不清楚。此外，缺乏不同脂肪細(xì)胞亞型的體內(nèi)功能數(shù)據(jù)，較難對成熟的人體脂肪細(xì)胞進行分類。除此之外，該研究結(jié)果只適用于人類的皮下腹部，其他部位或生物體是否也有類似的分類仍有待確定。

 

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https://international.biocloud.net/zh/article/detail/34380013

百邁客空間轉(zhuǎn)錄組優(yōu)勢

? 多物種：人、鼠、哺乳動物、植物等多物種均可開展空間轉(zhuǎn)錄組檢測服務(wù)
? 多樣本類型：冷凍組織、FFPE組織多種組織類型都可以實現(xiàn)空間轉(zhuǎn)錄組測序
? 設(shè)備全：擁有冷凍切片機、石蠟切片機、多系統(tǒng)熒光顯微鏡，可滿足多樣本空間轉(zhuǎn)錄組高通量測序，一次性多通道、多樣本，實現(xiàn)高效空間轉(zhuǎn)錄組測序服務(wù)；
? 經(jīng)驗豐富：國內(nèi)首批引進10x visium 空間轉(zhuǎn)錄組測序平臺，目前累計成功制備50余種組織類型、1000+例的空間轉(zhuǎn)錄組樣本
? 強大生信分析：可提供基本分析和高階分析，滿足個性化調(diào)整
? 全套服務(wù)：組織樣本切片、固定、透化、建庫、測序、數(shù)據(jù)分析全套服務(wù)
? 單細(xì)胞和空間云分析平臺：百邁客云平臺已經(jīng)研發(fā)快速高效的云平臺，可高效呈現(xiàn)高質(zhì)量文章圖表和對大數(shù)據(jù)進行挖掘；
? 空間轉(zhuǎn)錄組&單細(xì)胞聯(lián)合分析：空間轉(zhuǎn)錄組多組學(xué)聯(lián)合分析，可近似實現(xiàn)單細(xì)胞分辨率空間轉(zhuǎn)錄組基因表達(dá)特征，交互式分析。

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