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单细胞核测序和单细胞测序选择困难咋办？
阅读次数：436 发布时间：2021/11/11 11:38:18
单细胞测序（scRNA-seq）对于制备的细胞悬液的细胞活性和细胞数目有着较高的要求，而且必须要求新鲜的样本，但是那些已经冻起来的样本库里面大量的珍贵样本，比如脑组织，心脏组织，肿瘤组织等都无法进行scRNA-seq，单细胞核转录组测序的出现大的解决了这个问题。
单细胞核转录组测序（Single Nuclei RNA Sequencing，snRNA-seq）：通过提取样本单细胞核，然后分离、标记细胞核，在单细胞水平研究核基因表达检测的技术。为脑组织、心脏、肾脏等复杂组织或一些珍稀冻存样品提供了单细胞水平研究应用平台，可挖掘更多潜在的致病细胞类型，更易于探讨肿瘤细胞异质性和致病机理。
那么，scRNA-seq和snRNA-seq都什么时候用呢，它们各有什么优缺点呢，下面小编来总结一下。
单细胞核测序（snRNA-seq）的应用
一、肿瘤冻存样本
研究目的：利用单核RNA测序（snRNA- seq）和单细胞DNA测序研究三阴乳腺癌的耐药性是由选择罕见的现有克隆引起的，还是通过获得新的基因组畸变引起的
样本信息：8个三阴乳腺癌冻存组织
测序策略：10x平台，单细胞核测序（snRNA-seq）和单细胞DNA测序
捕获细胞数：6862个细胞核（snRNA-seq），900个细胞核（单细胞DNA-seq）
结论：耐药基因型是预先存在的，并由NAC适应性地选择，而转录谱是通过对TNBC患者的化疗进行重新编程而获得
二、脑组织冻存样本
研究目的：利用单核RNA测序（snRNA- seq）揭示人大脑组织的单细胞转录组图谱
样本信息：一个正常的51岁女性的死后大脑中6个不同的脑区
测序策略：Fluidigm C1平台，单细胞核测序（snRNA-seq）
捕获细胞数：4,488个细胞核
结论：确定了16种神经元亚型，并根据已知的标记和皮质细胞结构对其进行了进一步的注释；揭示了足以识别神经元亚型和神经解剖学区域的转录组特征，同时也揭示了转录组的异质性
三、心脏组织冷冻样本
研究目的：通过单核RNA测序（snRNA- seq）揭示心脏再生反应的分子机制及其在晚期的阻断作用
样本信息：心肌梗死（MI）后1天和3天或假手术后P1的再生心脏的心肌细胞，手术后相同的时间点收集了非再生型P8心脏的心肌细胞，共8个样本
测序策略：10x平台，单细胞核测序（snRNA-seq）
捕获细胞数： 21,737个心肌细胞核
结论：绘制了健康、受伤和再生小鼠心脏中五个不同心肌细胞群的动态转录图，揭示了受伤后心脏修复的转录情况
四，肾脏冷冻样本
研究目的：通过单核RNA测序（snRNA- seq）揭示糖尿病肾病对肾小球和肾小管间质的损害过程中，伴随的细胞特异性基因表达的变化
样本信息：3个对照组和3个早期糖尿病肾病样本
测序策略：10x平台，单细胞核测序（snRNA-seq）
捕获细胞数：23,980 个细胞核
结论：在snRNA-seq数据中肾脏的所有主要细胞类型都得到了体现；结果发现钾分泌的增加和血管生成的信号代表了人类糖尿病肾病的早期肾脏反应。
单细胞测序（scRNA-seq）的缺点
一、仅适用于新鲜组织样本
悬液制备仅适用于新鲜组织样本，限制了单细胞测序技术的应用，很多具有重要科研和临床价值的冻存样本已经丧失活动，无法开展scRNA-seq。
二、某些细胞类型可能丢失，引发细胞类型的偏好
不易解离的细胞容易丢失，同时一些较为敏感的细胞可能会因为解离过度而破碎，比如：脑，心脏，肾脏，肝脏等，蛋白酶可能倾向于易于解离的细胞类型，不易解离的细胞类型容易丢失，或者敏感的细胞类型会破碎，会影响细胞类型的完整性。
例如脑组织无法通过常规的解离手段获得完好的细胞，因此这一组织中的细胞类型非常容易丢失。脑部的新生神经元（newborn neurons）也会遭遇同样的。
例如肾脏组织中的肾小球足细胞（glomerular podocytes）, 肾小球系膜细胞（mesangial cells）, 以及内皮细胞（endothelial cells）都无法通过scRNA-seq得到鉴别；肺脏组织如果通过scRNA-seq来鉴定细胞类型，会发现上皮细胞比例严重失真，而部分稀有细胞类型则无法得到鉴别。
三、悬液消化过程可能会导致应激基因的表达
解离过程可能会诱导应激基因的表达，引起细胞转录发生“人为改变”，造成“转录偏好（bias），这样可能会一定程度影响样本的真实情况。
四、特殊细胞情况：细胞较大、细胞形状不规则、细胞结团等情况
有些细胞类型，比如：心肌细胞、骨骼肌细胞和成熟的脂肪细胞，这些细胞都是直径比较大的细胞，是不能通过10x平台的微管道或者落入BD平台芯片的小孔的，如果研究的样本类型为心脏、脂肪等且关注心肌细胞、脂肪细胞信息，scRNA-seq就没有办法满足需求。
单细胞核测序（snRNA-seq）的优点
1、细胞核的获得比细胞悬液的获得简单
单细胞悬液制备过程往往是造成实验可变性的主要因素。如何获得足质足量的单细胞悬液，这是实验面临的个难题，特别是那些稀有细胞或难以解离的细胞；细胞核膜相比细胞膜更为坚固，因此，冻存组织细胞膜破裂后细胞核则能够保持完整，由于仅涉及机械破碎和简单的纯化，snRNA-seq操作步骤相对简化，便于开展实验，其稳定性相比scRNA-seq大大提高。
2、适用的样本类型扩大
单细胞核测序snRNA-seq由于是抽提细胞核进行测序，所以可以应用于冻存的样本，大的利用了那些生理病理数据清晰的冻存样本；对于那些新鲜样本解离成功率低的样本；或者是样本的收集难度大，收集周期长，比如一个样本不同阶段的评估，或者根据治疗结果决定端样本是否入组等情况；亦或是细胞体积大，形状不规则的样本都可以用snRNA-seq来解决。
3、降低人为引入的转录偏差
因为组织可以直接从冻存状态开始抽核，此状态下细胞转录活动已经被抑制并固定，因此不会再发生转录状态改变，结果真实性提高。
4、能够鉴定到的细胞类型更为全面和完整
直接对细胞进行机械法或者化学法破碎，不会引入的解离偏好性，理论上来讲所有细胞类型都能得到回收，能够获得更加完整和全面的细胞图谱。
单细胞核测序（snRNA-seq）的缺点
1、snRNA-seq会有检测到的基因偏少的风险
虽然有一些比较单细胞RNA测序（scRNA-seq）和单细胞核（snRNA-seq）测序的研究表明，转录本在整个细胞和细胞核中的表达程度相当；是理论上来讲，缺失了细胞质中的RNA分子，snRNA-seq在鉴定细胞转录状态中可能不如scRNA-seq，同时由于细胞核中带有polyA尾的成熟mRNA比例更低，因此对于某些样本而言，采用SnRNA-seq每个细胞核中检测到的基因可能会有偏少的风险，不利于细胞亚型的鉴定。
2、snRNA-seq对免疫细胞类型的获得不友好
虽然snRNA-seq能够获得更加全面完整的细胞类型，但是对于某些细胞类型的获得比例不如scRNA-seq，主要表现为免疫细胞。
单细胞核测序（snRNA-seq）和单细胞测序（scRNA-seq）各有优缺点和局限性，老师们根据具体的实验目的选择合适的测序类型。
单细胞核转录组测序（Single Nuclei RNA Sequencing，snRNA-seq）：通过提取样本单细胞核，然后分离、标记细胞核，在单细胞水平研究核基因表达检测的技术。为脑组织、心脏、肾脏等复杂组织或一些珍稀冻存样品提供了单细胞水平研究应用平台，可挖掘更多潜在的致病细胞类型，更易于探讨肿瘤细胞异质性和致病机理。
那么，scRNA-seq和snRNA-seq都什么时候用呢，它们各有什么优缺点呢，下面小编来总结一下。
单细胞核测序（snRNA-seq）的应用
一、肿瘤冻存样本
研究目的：利用单核RNA测序（snRNA- seq）和单细胞DNA测序研究三阴乳腺癌的耐药性是由选择罕见的现有克隆引起的，还是通过获得新的基因组畸变引起的
样本信息：8个三阴乳腺癌冻存组织
测序策略：10x平台，单细胞核测序（snRNA-seq）和单细胞DNA测序
捕获细胞数：6862个细胞核（snRNA-seq），900个细胞核（单细胞DNA-seq）
结论：耐药基因型是预先存在的，并由NAC适应性地选择，而转录谱是通过对TNBC患者的化疗进行重新编程而获得
二、脑组织冻存样本
研究目的：利用单核RNA测序（snRNA- seq）揭示人大脑组织的单细胞转录组图谱
样本信息：一个正常的51岁女性的死后大脑中6个不同的脑区
测序策略：Fluidigm C1平台，单细胞核测序（snRNA-seq）
捕获细胞数：4,488个细胞核
结论：确定了16种神经元亚型，并根据已知的标记和皮质细胞结构对其进行了进一步的注释；揭示了足以识别神经元亚型和神经解剖学区域的转录组特征，同时也揭示了转录组的异质性
三、心脏组织冷冻样本
研究目的：通过单核RNA测序（snRNA- seq）揭示心脏再生反应的分子机制及其在晚期的阻断作用
样本信息：心肌梗死（MI）后1天和3天或假手术后P1的再生心脏的心肌细胞，手术后相同的时间点收集了非再生型P8心脏的心肌细胞，共8个样本
测序策略：10x平台，单细胞核测序（snRNA-seq）
捕获细胞数： 21,737个心肌细胞核
结论：绘制了健康、受伤和再生小鼠心脏中五个不同心肌细胞群的动态转录图，揭示了受伤后心脏修复的转录情况
四，肾脏冷冻样本
研究目的：通过单核RNA测序（snRNA- seq）揭示糖尿病肾病对肾小球和肾小管间质的损害过程中，伴随的细胞特异性基因表达的变化
样本信息：3个对照组和3个早期糖尿病肾病样本
测序策略：10x平台，单细胞核测序（snRNA-seq）
捕获细胞数：23,980 个细胞核
结论：在snRNA-seq数据中肾脏的所有主要细胞类型都得到了体现；结果发现钾分泌的增加和血管生成的信号代表了人类糖尿病肾病的早期肾脏反应。
单细胞测序（scRNA-seq）的缺点
一、仅适用于新鲜组织样本
悬液制备仅适用于新鲜组织样本，限制了单细胞测序技术的应用，很多具有重要科研和临床价值的冻存样本已经丧失活动，无法开展scRNA-seq。
二、某些细胞类型可能丢失，引发细胞类型的偏好
不易解离的细胞容易丢失，同时一些较为敏感的细胞可能会因为解离过度而破碎，比如：脑，心脏，肾脏，肝脏等，蛋白酶可能倾向于易于解离的细胞类型，不易解离的细胞类型容易丢失，或者敏感的细胞类型会破碎，会影响细胞类型的完整性。
例如脑组织无法通过常规的解离手段获得完好的细胞，因此这一组织中的细胞类型非常容易丢失。脑部的新生神经元（newborn neurons）也会遭遇同样的。
例如肾脏组织中的肾小球足细胞（glomerular podocytes）, 肾小球系膜细胞（mesangial cells）, 以及内皮细胞（endothelial cells）都无法通过scRNA-seq得到鉴别；肺脏组织如果通过scRNA-seq来鉴定细胞类型，会发现上皮细胞比例严重失真，而部分稀有细胞类型则无法得到鉴别。
三、悬液消化过程可能会导致应激基因的表达
解离过程可能会诱导应激基因的表达，引起细胞转录发生“人为改变”，造成“转录偏好（bias），这样可能会一定程度影响样本的真实情况。
四、特殊细胞情况：细胞较大、细胞形状不规则、细胞结团等情况
有些细胞类型，比如：心肌细胞、骨骼肌细胞和成熟的脂肪细胞，这些细胞都是直径比较大的细胞，是不能通过10x平台的微管道或者落入BD平台芯片的小孔的，如果研究的样本类型为心脏、脂肪等且关注心肌细胞、脂肪细胞信息，scRNA-seq就没有办法满足需求。
单细胞核测序（snRNA-seq）的优点
1、细胞核的获得比细胞悬液的获得简单
单细胞悬液制备过程往往是造成实验可变性的主要因素。如何获得足质足量的单细胞悬液，这是实验面临的个难题，特别是那些稀有细胞或难以解离的细胞；细胞核膜相比细胞膜更为坚固，因此，冻存组织细胞膜破裂后细胞核则能够保持完整，由于仅涉及机械破碎和简单的纯化，snRNA-seq操作步骤相对简化，便于开展实验，其稳定性相比scRNA-seq大大提高。
2、适用的样本类型扩大
单细胞核测序snRNA-seq由于是抽提细胞核进行测序，所以可以应用于冻存的样本，大的利用了那些生理病理数据清晰的冻存样本；对于那些新鲜样本解离成功率低的样本；或者是样本的收集难度大，收集周期长，比如一个样本不同阶段的评估，或者根据治疗结果决定端样本是否入组等情况；亦或是细胞体积大，形状不规则的样本都可以用snRNA-seq来解决。
3、降低人为引入的转录偏差
因为组织可以直接从冻存状态开始抽核，此状态下细胞转录活动已经被抑制并固定，因此不会再发生转录状态改变，结果真实性提高。
4、能够鉴定到的细胞类型更为全面和完整
直接对细胞进行机械法或者化学法破碎，不会引入的解离偏好性，理论上来讲所有细胞类型都能得到回收，能够获得更加完整和全面的细胞图谱。
单细胞核测序（snRNA-seq）的缺点
1、snRNA-seq会有检测到的基因偏少的风险
虽然有一些比较单细胞RNA测序（scRNA-seq）和单细胞核（snRNA-seq）测序的研究表明，转录本在整个细胞和细胞核中的表达程度相当；是理论上来讲，缺失了细胞质中的RNA分子，snRNA-seq在鉴定细胞转录状态中可能不如scRNA-seq，同时由于细胞核中带有polyA尾的成熟mRNA比例更低，因此对于某些样本而言，采用SnRNA-seq每个细胞核中检测到的基因可能会有偏少的风险，不利于细胞亚型的鉴定。
2、snRNA-seq对免疫细胞类型的获得不友好
虽然snRNA-seq能够获得更加全面完整的细胞类型，但是对于某些细胞类型的获得比例不如scRNA-seq，主要表现为免疫细胞。
单细胞核测序（snRNA-seq）和单细胞测序（scRNA-seq）各有优缺点和局限性，老师们根据具体的实验目的选择合适的测序类型。
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