A human liver cell atlas reveals heterogeneity and epithelial progenitors
一篇19年的nature文章
作者 对来自 9 个人类供体的正常肝组织中的约 10,000 个细胞进行了单细胞 RNA 测序，以构建人类肝细胞图谱。我们的分析确定了以前未知的内皮细胞、枯否细胞和肝细胞亚型，其中一些群体具有转录组范围的分区。我们表明 EPCAM +群体是异质的，包括偏肝细胞和胆管细胞群体以及 TROP2 int具有形成双能肝脏类器官的强大潜力的祖细胞群。作为原理验证，我们使用我们的图谱揭示了发生在肝细胞癌细胞、人类肝细胞和移植到小鼠肝脏中的肝内皮细胞中的表型变化。
我们使用 mCEL-Seq2 4对 9 名因结直肠癌转移或无慢性肝病史的胆管癌进行肝切除术的患者的非患病肝组织进行 scRNA-seq。然后我们使用 RaceID3 来识别细胞类型4、5（参见方法） 。
scRNA-seq 揭示了成人肝脏中的细胞类型。
第一幅图主要就是对细胞分群聚类，包括肝细胞、EPCAM +胆管细胞（胆管细胞）、CLEC4G +肝窦内皮细胞 (LSEC)、CD34 + PECAM高大血管内皮细胞 (MaVEC)、肝星状细胞和肌成纤维细胞、枯否细胞和免疫细胞，还做了一个交互式的网页可分析http ://human-liver-cell-atlas.ie-freiburg.mpg.de/ 。
肝细胞和内皮细胞的异质性和分区。
成人肝脏中假定的祖细胞群的鉴定
重点分析显示 EPCAM +隔室在转录上是异质的，由一个ASGR1 +偏肝细胞群、KRT19高CFTR高ALB低胆管细胞群和剩余的推定幼稚祖细胞群组成（图3a，扩展数据图 3）。7b，c )。EPCAM +群体仅表现出增殖标志物MKI67和PCNA的随机表达，并且对成肝细胞标志物AFP呈阴性（扩展数据图7d）。因此，该群体的转录异质性不太可能由于增殖而出现，并且观察到的亚型存在于正常人肝脏中。
为了探索这些亚群的相关性，我们用RaceID3重新分析了 EPCAM +群体，并使用 StemID2 进行谱系重建 4、18 （图3b ，参见 方法）。该分析表明，在t分布的随机邻居嵌入 ( t -SNE) 图（簇 1、2、5、6、7）中心的群体分为肝细胞祖细胞和胆管细胞。*为连接朴素EPCAM +的连续分化轨迹提供进一步的证据对于胆管细胞和成熟肝细胞的祖细胞，我们对成熟肝细胞和EPCAM *+细胞的组合群进行了 StemID2 和扩散图分析
StemID2是个啥？没用过，让我想起了monocle3拟时序分析
为了更好地理解对这两个谱系的命运偏见的出现，我们使用 FateID 来推断每个细胞4中的谱系概率。一致地，FateID 推断出中心群体向肝细胞和胆管细胞分化的相似概率（图3c）。命运偏差预测得到差异基因表达分析的支持，该分析揭示了编码中心群体中几种信号通路成分（HES1、SFRP5、FGFR2、FGFR3）的常见基因的上调（图3d），以及不同基因组的逐渐上调。偏肝细胞和胆管细胞群（扩展数据图8e）。TROP2的表达与肝细胞命运偏差呈负相关，表现出从成熟胆管细胞中的高表达到肝细胞偏向群体中非常低的表达的梯度（图3e，扩展数据图7c）。正常人肝组织中 TROP2 的免疫染色显示在胆管和胆管细胞中的特异性表达（图3f）。值得注意的是，已发现 TROP2 表达可在受伤的小鼠肝脏19中扩增椭圆形细胞。
中心TROP2 int种群本身是异质的，包含一个MUC6高种群（第 7 组）（扩展数据图7c）。MUC6由胰腺祖细胞和多能胆管树干细胞20高度表达，它们被认为是 EPCAM +肝干细胞的起源。TROP2高胆管细胞簇包含CXCL8 +群体（第 8 组）和MMP7 +群体（第 4 和 13 组）（扩展数据图7c、8e、f），而TROP2低簇显示肝细胞标志物如ALB、HP、HNF4A和ASGR1的上调（图3d，扩展数据图7c、8e、f）。
基于 FateID 预测偏差被分层为双能的中央TROP2 int群体表达编码早期发育转录因子的基因，例如 HES1，这对于管状胆管形成21和 PROX1，发育早期规范标记哺乳动物前肠内胚层中的肝脏，是发育过程中肝细胞增殖和迁移所必需的22（图3d）。此外，该群体表现出较低的肝细胞基因（如HNF4A、HP和ALB）以及胆管细胞基因（如KRT19和CFTR ）的表达分别与偏肝细胞和成熟胆管细胞群相比（图3d，扩展数据图7c，8f）。我们推测我们在细胞分离过程中富集了TROP2 int KRT19低/未成熟群体，因为成熟的胆管细胞需要更严格的消化才能进行分离，这会对其他肝细胞类型产生负面影响。因此，组织中KRT19高细胞的实际比例可能更高。除了 EPCAM + KRT19 high/+细胞外，我们通过免疫荧光原位验证了 EPCAM + KRT19 low/-细胞的存在（图 3）。3g，扩展数据图7e )。
TROP2 int细胞是肝脏类器官形成的来源。
源自患者的 HCC 的 scRNA-seq 揭示了癌症特异性基因特征和受干扰的细胞表型
主要分析了正常肝脏细胞和肝癌细胞，正常内皮细胞和肝癌中内皮细胞中的差异，免疫组化表征（利用HPA数据库的图谱），癌细胞失去了细胞色素 P450 基因（如CYP2E1和CYP2C8）和门静脉环带基因CPS1的表达（图5b，扩展数据图9d，e）以及正常肝细胞的代谢特征。
在人源化小鼠模型中探索人肝细胞的基因表达特征
我们将来自患者来源的肝细胞和非实质细胞部分的人肝细胞移植到 FRG-NOD（Fah -/- Rag2 -/- Il2rg -/- 非肥胖糖尿病）小鼠30（HMouse）中；移植后，我们以无偏见的方式并根据 scRNA-seq 的肝细胞和内皮细胞标记对单个人类细胞进行分类（图6a，扩展数据图10a）。然后我们将移植的细胞与我们的参考图谱进行比较，观察到我们已经成功移植了人类肝细胞和内皮细胞（图6b，扩展数据图10b，c），它们保持了它们的基本基因特征，例如分别表达ALB或PCK1和CLEC4G、PECAM1或CD34（扩展数据图10b-f）。然而，与未移植的人类肝细胞相比，许多基因在移植细胞中的表达存在差异。例如，AKR1B10也由来自 HCC 的癌细胞表达，在移植细胞中表达，但在非移植细胞中不表达（图6c，扩展数据图10g）。差异表达基因的基因集富集分析（GSEA）显示，HMouse 肝细胞和内皮细胞显示出诸如止血等途径的下调，以及 WNT 和 Hedgehog 信号以及细胞周期基因的上调（图6d），类似于我们观察到的在 HCC 细胞和来自肝脏类器官的细胞中。
文章中鉴定了TROP2 int细胞是肝脏类器官形成的来源，这幅图可能是一个重要的可以借鉴的分析思路，以及验证实验。
