IF50.5｜鼠狐猴单细胞图谱揭示灵长类基因、生理与疾病

首个鼠狐猴全身单细胞图谱，系统注释灵长类特异基因与疾病模型。

这篇按生信解读号的读法拆：先看背景和问题，再看作者怎么做、做出了哪几条硬发现，最后把数据和代码收走。

研究背景

鼠狐猴（Microcebus murinus）是一种新兴的灵长类模式生物，具有体型小、繁殖快、易饲养等优势，且基因组序列介于小鼠和人类之间，是连接啮齿类和人类的理想桥梁。然而，其基因、细胞和分子生物学研究仍处于起步阶段，缺乏系统的基因注释和细胞图谱。在伴随论文中，研究团队对4只老年鼠狐猴的27个器官进行了大规模单细胞RNA测序，鉴定出超过750种分子细胞类型，并构建了全面的转录组图谱。该图谱为深入解析鼠狐猴的基因结构、免疫系统、生理特征和疾病机制提供了前所未有的资源，也为灵长类进化研究奠定了基础。

科学问题

卡在哪里： 尽管鼠狐猴作为模式生物潜力巨大，但其基因组注释仍不完整，大量基因缺乏功能注释，剪接异构体信息匮乏。此外，许多人类疾病相关基因在小鼠中缺失或表达模式不同，缺乏合适的灵长类模型来研究这些基因的功能。同时，鼠狐猴的免疫系统、代谢生理和疾病发生机制尚未在细胞和分子水平得到系统表征，限制了其作为人类疾病模型的应用。

本文要回答： 利用已构建的鼠狐猴单细胞图谱，系统注释新基因和剪接异构体，解析免疫系统发育与功能，表征灵长类特异基因和疾病模型，并建立自然突变的反向遗传学分析框架。

技术路线

作者主要用了：scRNA-seq、RNA-seq、全基因组测序、SICILIAN、SAMap、FIRM。

作者首先利用10x Genomics和Smart-seq2单细胞转录组数据，通过隐马尔可夫模型识别转录活性区域（TARs），发现大量未注释基因；随后使用SICILIAN算法系统鉴定剪接位点，并通过SAMap跨物种比较基因表达模式以辅助基因命名。在此基础上，整合免疫细胞图谱分析免疫发育与功能，结合临床病理信息解析子宫内膜癌等疾病特征，最后通过全基因组测序和等位基因特异性表达分析，对自然发生的无义突变进行转录表型鉴定。

图 1　Fig. 1。图1展示了新基因和剪接异构体的发现流程。a-d部分显示uTARs的鉴定策略及其在基因组中的分布，差异表达的uTARs在特定细胞类型中富集，如汗腺细胞。f-j部分展示SICILIAN算法鉴定的剪接位点分类，其中B类和C类新剪接位点占多数，且超过85,000个位点在人类中保守但小鼠中缺失。k-m部分显示通过SAMap跨物种表达比较，为未命名基因找到了表达同源物，如LOC105873604被鉴定为C1QB。

核心亮点

亮点 1｜发现数千个新基因和剪接异构体

通过深度单细胞测序，作者在全基因组范围内鉴定出4,003个差异表达的未注释转录活性区域（uTARs），其中80%可匹配到已知蛋白编码基因。利用SICILIAN算法，共发现超过85,000个在人类中保守但小鼠中缺失的剪接位点，并鉴定出545个细胞类型特异性差异剪接基因，如MYL6和CAST。此外，通过SAMap跨物种表达比较，为1,279个肺和1,686个肌肉基因找到了表达同源物，纠正了部分基因的命名和直系同源关系。

图 2　Fig. 2。图2展示了免疫细胞发育与趋化因子调控网络。a部分点图显示趋化因子受体和配体在不同细胞类型中的表达模式，如CXCL12由adipo-CAR和osteo-CAR细胞表达，其受体CXCR4在造血祖细胞中表达。b部分UMAP图展示了整合后的免疫细胞图谱，中性粒细胞轨迹清晰可见。c部分显示不同个体中中性粒细胞沿轨迹的分布，患病个体L2和L1的骨髓和血液中出现未成熟中性粒细胞增多，提示炎症应激反应。

亮点 2｜构建免疫细胞发育与功能图谱

整合27个器官的免疫细胞数据，作者重建了中性粒细胞、单核-巨噬细胞等谱系的发育轨迹。中性粒细胞轨迹显示从骨髓祖细胞到成熟细胞再到激活状态的连续分化过程，并表达多种人类特异基因（如AZU1、IL32、CXCL8）。在患病个体中，激活的中性粒细胞（CCL13+和IL18BP+亚型）在炎症部位富集，并伴随骨髓中未成熟中性粒细胞的释放，重现了人类感染时的“核左移”现象。

图 3　Fig. 3。图3展示了子宫内膜癌的分子特征和脂肪细胞异质性。a-b部分显示肺转移灶的病理切片。c部分UMAP图显示肺组织中分离出的转移性上皮细胞簇。d部分相关性分析显示转移细胞与子宫上皮细胞高度相似。e部分显示转移细胞高表达OXTR、ERBB2等基因，而ESR1表达缺失。f-i部分展示脂肪细胞UCP1表达呈现连续谱，UCP1hi和UCP1low群体分别具有棕色和白色脂肪特征，但均表达部分对方标志物，提示脂肪细胞可塑性。

亮点 3｜揭示灵长类特异基因表达模式

通过比较人类、鼠狐猴和小鼠的直系同源基因，作者鉴定出539个人类基因在鼠狐猴中有直系同源物但小鼠中缺失（称为灵长类选择性基因，PS genes）。其中94%在鼠狐猴图谱中表达，许多呈现组织或细胞类型特异性富集，如生殖细胞、免疫细胞和神经元。部分PS基因（如CD58、GBP1）在鼠狐猴和人类中表达模式相似，提示其可作为研究人类疾病相关基因功能的理想模型。

图 4　Fig. 4。图4展示了灵长类选择性基因（PS genes）的鉴定和表达特征。a部分饼图显示539个人类基因在鼠狐猴中有直系同源物但小鼠中缺失。b部分柱状图显示PS基因在不同组织或细胞类型中的富集或缺失情况。c-d部分小提琴图展示了PS基因（如CD58、GBP1）在特定细胞类型中的表达模式。e部分热图显示PS基因在鼠狐猴和人类中的表达相关性，许多基因呈现保守的表达模式。

亮点 4｜自然无义突变的转录表型分析

作者对4只鼠狐猴进行全基因组测序，鉴定出713个基因中的无义突变。针对三个灵长类特异免疫基因（CD58、GBP1、LOC105864482），利用单细胞数据中的等位基因特异性表达，发现突变转录本被无义介导的mRNA降解（NMD）途径高效清除（74-99%），但不同基因对整体表达水平的影响存在差异：CD58杂合子表达降低约45%，而LOC105864482杂合子仅降低约30%，提示存在野生型等位基因的代偿性上调。

图 5　Fig. 5。图5展示了自然无义突变的转录表型分析流程和结果。a部分示意图显示从全基因组测序到单细胞等位基因表达分析的流程。b部分展示NMD途径降解含无义突变的mRNA。c-n部分分别展示CD58、GBP1和LOC105864482三个基因的突变位置、等位基因表达比例和整体表达水平变化。结果显示突变转录本被显著降解，但不同基因对整体表达的影响不同，提示存在代偿机制。

生信可带走

这一块是给做分析的人用的，不是科普点缀。

• 方法栈： scRNA-seq、RNA-seq、全基因组测序、SICILIAN、SAMap、FIRM
• 公开数据： 原文未给出公开组学登录号
• 代码： 原文未给出公开 GitHub/GitLab 仓库
• 谁该点开原文： 从事单细胞组学、比较基因组学、免疫学和疾病模型研究的科研人员。

带走一句

单细胞图谱不仅能注释基因和细胞类型，还能直接用于疾病模型鉴定和自然突变的功能解析，为新兴模式生物研究提供了高效范式。