单细胞测序的重要性及应用方向（一）

发布时间：2020-04-29 00:06 原文链接：单细胞测序的重要性及应用方向（一）

单细胞测序研究一直是当今的热门话题，想知道单细胞技术有哪些重要的应用？想深入了解当今主流的单细胞测序技术吗？华大智造《单细胞测序技术讲堂》开讲啦！跟着小造一起寻找这些问题的答案。

单细胞测序的重要性

随着第二代测序(next generation sequencing，NGS) 技术和第三代测序( third generation sequencing，TGS)技术的飞速发展，引起生物研究领域的巨大变革。以前，需要从大量细胞中获取足够多的DNA 进行测序，因此测序结果是这些细胞“整体”的表征。然而，由于细胞异质性，相同表型的细胞的遗传信息可能存在显著性差异，很多低丰度的信息会在整体表征中丢失。为了弥补传统高通量测序的局限性，单细胞测序技术应运而生。

单细胞测序技术是指在单个细胞水平上，对基因组、转录组、表观组进行高通量测序分析的一项新技术。它能够揭示单个细胞的基因结构和基因表达状态，反映细胞间的异质性，在肿瘤、发育生物学、微生物学、神经科学等领域发挥重要作用，正成为生命科学研究的焦点［1］。2013年单细胞测序技术被Nature Methods评为年度技术（图1左）。同年，《科学》杂志（Science）将单细胞测序列为年度最值得关注的六大领域榜首，认为该技术将改变生物界和医学界的许多领域。由于单细胞测序技术广阔的应用前景，2015年单细胞测序技术再度登上Science 转化医学封面（图1右）。

图1.单细胞测序技术荣登顶尖杂志年度封面
(图片来源http://t.cn/R840r7W；http://t.cn/RQHjnW3)

2017年10月16日，与“人类基因组计划”相媲美的“人类细胞图谱计划”（图2）首批拟资助的38个项目正式公布。人类细胞图谱计划是一项大型国际合作项目：根据独特的分子信息（如基因表达）对所有人类细胞种类进行定义，并将这些信息与传统的细胞学表述（如位置和形态）相关联。其中一项关键的技术就是单细胞测序。

图2: 人类细胞图谱计划
（图片来源: http://t.cn/RQHYNxw）

相信未来单细胞技术，将会大大改变人类的科学研究以及临床应用，尤其是在肿瘤、微生物、神经科学、免疫学等领域。下面我们将重点介绍近年来单细胞技术在以上领域的重要发现。

单细胞测序的应用

1 在肿瘤研究中的应用

2012年3月2日，深圳华大基因研究院在肿瘤研究上获得突破性进展，于国际著名学术期刊《细胞》（Cell）上同时发表两篇研究论文［2，3］。该工作研发了一种解析单细胞基因组的新方法，并将该方法应用于原发性血小板增多症（一种血癌）和肾透明细胞癌（一种肾癌）（图4）的肿瘤内部遗传特征研究。此新方法解决了之前无法解决的肿瘤高异质性难题，为深入研究癌症发生、发展机制及其诊断、治疗提供了新的研究思路并开辟了新的研究方向。

图3.华大单细胞测序技术分别应用于血癌和肾癌研究

2016年，麻省总医院MGH、Broad研究所的研究人员在单细胞水平上对脑瘤进行基因组分析，首次在人类脑瘤样本中鉴定到了癌症干细胞及其分化后代 [4]。研究人员分析了六个早期少突胶质细胞瘤样本的四千多个肿瘤细胞，发现肿瘤细胞在发育上可以分为三类。其中一类比较像神经干细胞，另外两类具有一定的分化特征。研究结果证实了癌症干细胞是少突胶质细胞瘤的主要生长源，这些细胞将成为很有前景的治疗靶标。