单细胞RNA SEQ开发以准确地量化胰岛胰岛素中的细胞特异性药物作用

胰腺是一种腹部器官，它能产生消化酶以及调节血糖水平的激素。这种产生激素的功能定位于由不同内分泌细胞类型组成的胰岛。其中有β细胞，它产生降低血液中葡萄糖(一种糖)水平所需的激素胰岛素;还有α细胞，它产生胰高血糖素，负责提高血液中葡萄糖水平。

1型糖尿病是一种慢性疾病，身体的免疫系统错误地攻击并破坏了胰腺中产生胰岛素的β细胞。再生医学旨在补充β细胞，从而支持并最终替代目前的胰岛素替代疗法。胰岛组成的改变，包括β细胞功能不足和β细胞去分化，也有助于II型糖尿病。因此，更深入地了解不同类型胰岛细胞的特性和相互作用将有助于更好地描述这两种糖尿病，并可能有助于发展新的治疗概念。

单细胞转录组学是一种强大的技术来表征细胞身份。此前，CeMM的Christoph Bock和Stefan Kubicek团队的研究人员发表了第一个来自原始人类胰岛细胞的单细胞转录组(EMBO代表）。该技术的进展使其应用于全局人类和小鼠单细胞转录组织的施加。尽管有这些进步，但是，鉴于存在的微型RNA量完全用在实验中，单个细胞方法仍然是技术挑战。因此，必须确保所得单细胞转录组的质量和纯度。

这两个实验室的CeMM研究人员在他们自己的数据集以及其他已发表的单细胞研究中发现了非内分泌细胞类型的高激素表达。他们开始阐明这是否会是RNA分子(例如死亡细胞)污染的结果，以及如何将其移除以获得更可靠的数据集。这种污染似乎存在于来自大多数组织的单细胞RNA-seq数据中，但在胰岛最为明显。胰岛内分泌细胞专门用于生产单一激素，胰岛素在细胞和胰高血糖素α细胞表达水平高于典型的“管家”基因。因此，这些转录本向其他细胞类型的再分配是非常明显的。基于这一观察结果，他们的目标是开发、验证和应用一种方法，通过实验确定并通过计算消除这种污染。

在他们的研究中，CeMM研究人员使用了来自不同细胞类型的棘突细胞，包括小鼠和人类样本，他们将这些细胞添加到胰岛样本中。重要的是，这些刺入细胞的转录组得到了充分的特征。这使得他们能够在内部精确地控制单细胞RNA-seq中RNA污染的水平，从而使在小鼠棘突细胞中检测到的人类转录本构成了污染RNA。通过这种方法，他们发现样本的污染水平高达20%，并能够确定每个样本的污染水平。然后，他们开发了一种新的生物信息学方法，通过计算从单细胞转录组中去除受污染的reads。

现在，他们已经获得了一个“去污”转录组，从这个转录组中去除了假信号，他们继续描述了不同细胞类型的细胞特性如何对三种不同药物的治疗产生反应。他们发现一种转录因子FOXO1的小分子抑制剂可以诱导α细胞和β细胞去分化。此外，他们还研究了蒿甲醚，发现蒿甲醚在体内和体外都能减少阿尔法细胞的功能，并诱导胰岛素的产生(细胞）。药物蒿醚的效果是特异性和细胞类型特异性。在α细胞中，一部分细胞增加了小鼠和人样品的胰岛素表达和增强β细胞同一性的方面。重要的是，研究人员发现，在人β细胞中，胰岛素表达没有显着变化，而在小鼠胰岛中，β细胞减少他们的胰岛素表达和整体β细胞身份。

这项研究是在生物学瓦罗斯研究所（法国）的CEMM与Patrick Collombat的CEMM的跨学科合作的结果。这是第一种应用单细胞测序以分析完整分离组织中的动态药物反应，这受益于去污方法的高定量精度。因此，它不仅提供了一种新的单细胞净化和对完整组织中药物反应的高度定量单细胞分析的新方法，而且还解决了胰岛细胞生物学和糖尿病研究中的重要问题。这些调查结果可以打开潜在的治疗途径，以便将来治疗1型糖尿病。

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