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今天小優(yōu)為大家?guī)砩窠涱I域研究中單細胞多組學技術的應用案例，同時為大家提供了從基因、蛋白、組織到細胞的多維度實驗思路。

基因分析
一、Nature Communications:發(fā)現阿爾茨海默病潛在治療靶點
 
阿爾茨海默病(AD)的脂質異常是人們了解最少的。本文研究了脂肪酸去飽和的關鍵調節(jié)因子SCD在AD發(fā)病機制中的作用。發(fā)現在AD的3xTg小鼠模型中，抑制大腦SCD活性1個月改變了海馬中與AD相關的核心轉錄組通路，并同時恢復了海馬功能的重要組成部分，包括樹突刺和結構、即時早期基因表達以及學習和記憶本身。此外，SCD抑制小膠質細胞的激活。這些數據表明，腦脂肪酸代謝將AD基因與下游的免疫、突觸和功能損傷聯系起來，表明SCD是AD治療的潛在靶點。
為了更好地了解早期有癥狀的3xTg海馬體的遺傳狀態(tài)，研究者對8個月大的雌性野生小鼠和3xTg小鼠進行了全海馬bulk RNA測序及單細胞RNA測序。
 
小膠質細胞僅占海馬細胞的5-10%，存在于多種細胞狀態(tài)，對組織加工應激高度敏感，因此在其原生環(huán)境下研究具有挑戰(zhàn)性。研究者使用溫和的、基于微孔的BD Rhapsody單細胞系統(tǒng)，以最大限度地提高細胞活力和產量。

二、在Aβ淀粉樣變小鼠模型中，Abi3基因位點缺失加重阿爾茨海默病的神經的病理特征
 
最近，在大規(guī)模的人類遺傳學研究中，發(fā)現了與阿爾茨海默病(AD)風險增加有關的ABI3基因的罕見編碼變異。然而，ABI3參與AD發(fā)病機制的途徑尚不清楚。為了解決這個問題，我們確定了ABI3功能的喪失是否會影響5XFAD小鼠模型中AD的病理特征。我們證明，Abi3位點的缺失顯著增加了淀粉樣蛋白(Aβ)的積累，并減少了斑塊周圍小膠質細胞的聚集。此外，在5XFAD的Abi3敲除(Abi3- /-)小鼠中，長期增強作用受損。此外，我們使用單細胞RNA測序方法發(fā)現Abi3- /-小鼠中小膠質細胞亞群的比例發(fā)生了顯著變化。機制研究表明，Abi3基因在小膠質細胞中被敲除會損害細胞的遷移和吞噬功能?？傊?，我們的研究提供了體內功能證據，證明ABI3功能喪失可能通過影響Aβ積累和神經炎癥增加AD發(fā)展的風險。

三、神經元研究: FGF21激素在大腦中起到抑制糖分攝入和調控甜味偏好的重要作用

 成纖維細胞生長因子21（Fibroblast growth factor 21，FGF21）是一種肝臟源激素，可向下丘腦腹內側（ventromedial hypothalamus，VMH）的谷氨酸能神經元發(fā)出信號，以抑制碳水化合物的攝入。在此項試驗中，來自愛荷華大學醫(yī)學院和丹麥哥本哈根大學的研究團隊充分利用了BD Rhapsody單細胞測序平臺，以合理評估哪些細胞能夠在下丘腦中表達FGF21的輔助受體KIb（β-klotho）：首先通過BD FACS AriaII對小鼠下丘腦中的目標單細胞進行篩選，然后將篩選出的細胞加載到BD Rhapsody上捕獲單個細胞，并進行cDNA的合成。后續(xù)，使用兩個定制引物panel生成cDNA文庫，該panel由BD設計，分別包含低豐度表達基因和高豐度表達基因。通過該方法以及BD Resolve analysis pipeline，研究人員對活細胞進行了有效的細胞排序、質量過濾和測序數據注釋，最終獲得了1,904個分類后推定的Klb細胞。隨后，運用tSNE分析和無監(jiān)督聚類，確定了12個神經元和非神經元細胞類型的聚類。通過這一途徑，研究人員得以精確識別下丘腦中的FGF21靶細胞，并揭示了激活谷氨酸能神經元的FGF21信號是介導FGF21誘導的糖抑制和甜味偏好的必要和充分條件。

文章同款技術:BD Rhapsody單細胞平臺
BD Rhapsody平臺對于單細胞的捕獲是基于自然沉降原理，不會對神經研究中的脆弱細胞造成額外損傷，無外界壓力刺激，同時平臺可以捕獲異型細胞，直徑<50um，對于細胞活性要求>50%

蛋白分析
一、《Nature》星形細胞白細胞介素-3編程小膠質細胞并限制阿爾茨海默病
哈佛醫(yī)學院研究團隊在人類和小鼠中發(fā)現，星形膠質細胞來源的白細胞介素-3（IL-3）對小膠質細胞進行編程以改善AD的病理學。在識別出Aβ沉積后，小膠質細胞增加其IL-3Rα的表達——IL-3的特異性受體（也稱為CD123）——使其對IL-3產生反應。星形膠質細胞組成性地產生IL-3，其誘導小膠質細胞的轉錄、形態(tài)和功能編程，從而賦予它們急性免疫反應程序、增強的運動性以及聚集和清除Aβ和tau聚集體的能力。這些變化限制了AD的病理學和認知能力的下降。
 
通過MSD多陣列電化學發(fā)光分析試劑盒同時測量培養(yǎng)基中Aβ38、Aβ40和Aβ42的水平，并檢測10種人趨化因子的相對表達，研究發(fā)現IL-3是星形膠質細胞-小膠質細胞相互作用的關鍵介質，也是AD治療干預的一個節(jié)點。

二、神經重磅標志物：GFAP
GFAP是膠質纖維酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein）的英文簡稱，是星形膠質細胞活化的標志物。膠質纖維酸性蛋白。神經膠質纖維酸性蛋白(GFAP)是一種Ⅲ型中間絲狀蛋白，以單體形式存在。星形膠質細胞增生往往伴隨膠質纖維酸性蛋白GFAP的表達增加。因此，GFAP可作為中樞神經系統(tǒng)損傷時星形膠質細胞增生的生物標志物。最近，對血液中GFAP濃度的分析已經證明，血漿GFAP可區(qū)分阿爾茲海默癥不同階段。

文章同款技術:
MSD是第三代免疫分析技術，基于電化學發(fā)光的原理，只需要25uL樣本即可一次性檢測10個指標，具有fg/mL的檢測靈敏度，比pg/mL靈敏度提高1000倍，4-5log檢測范圍，在神經疾病研究中，尤其對于腦脊液等珍貴樣本，可以實現25uL樣本同時檢測Aβ38、Aβ40和Aβ42。
人pTau181檢測，檢測范圍可達77 - 990,000 fg/mL
人Tau (total)檢測靈敏度可達12 - 90,000 fg/mL
人GFAP檢測范圍可達330 - 2,300,000 fg/mL

組織分析
一、對于小膠質細胞激活檢測
暴露于神經毒性藥物會導致炎癥反應，如激活的小膠質細胞。檢測活化的小膠質細胞對于了解化合物的毒性是至關重要的。HALO Microglial Activation可檢測小膠質細胞、細胞體及其過程，并最終報告激活的小膠質細胞數量、失活的小膠質細胞的數量以及檢測到的陰性（非小膠質）細胞的數量。
 

HALO 定量分析小膠質細胞的激活狀態(tài)。（左：小膠質細胞-棕色；右：激活小膠質細胞的細胞體-紅色，未激活或休眠的小膠質細胞-綠色）

文章同款技術:
HALO是專業(yè)的病理圖像處理及分析軟件，具有簡單易用的操作界面，快速的分析速度及高通量的工作流程，為數字病理的全組織切片分析提供逐個細胞/對象的精準數據結果。針對H&E、免疫組織化學、免疫熒光、原位雜交、熒光原位雜交、TMA 組織芯片以及特殊染色等數字病理切片，HALO數字病理圖像分析平臺提供組織分型、區(qū)域面積定量、細胞（胞核/膜/漿免疫標記物標記）定量、細胞及組織特征的空間分布分析。

細胞層面
Lonza核轉染技術
 
電轉通常需要細胞處于懸浮狀態(tài)進行轉染。Lonza 4D NucleofectorTM Y 模塊為客戶提供了更多的選擇，直接在細胞貼壁狀態(tài)下進行電轉。尤其適用于原代培養(yǎng)神經元，可以用Y模塊轉染而不影響其功能，效率高達70%