目前，新型冠狀病毒感染疫情仍處于膠著狀態(tài)。為了能盡快研制治療新冠病毒的藥物，科學(xué)家投入臨床研究和科研中，不斷認(rèn)識和理解新冠病毒的致病機(jī)制。新冠病毒與SARS病毒結(jié)構(gòu)相似，都是通過結(jié)合ACE2受體進(jìn)入人體細(xì)胞來發(fā)揮作用。肺臟中存在ACE2，因此可能成為病毒的主要攻擊靶點(diǎn)，但陸續(xù)發(fā)現(xiàn)很多患者也出現(xiàn)了器官功能受損癥狀。日前，《柳葉刀》子刊Lancet Respiratory Medicine發(fā)表了武漢金銀潭醫(yī)院收錄的52名新冠肺炎危重患者的臨床疾病進(jìn)展和相關(guān)研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)其中15名（29%）患者出現(xiàn)急性腎臟損傷，12名（23%）出現(xiàn)心臟損傷，15名（29%）出現(xiàn)肝功能異常。因此，了解ACE2在人體組織的分布及表達(dá)水平對解析病毒的作用機(jī)制具有一定的意義。

單細(xì)胞測序技術(shù)描繪的人類多臟器的細(xì)胞圖譜以及單細(xì)胞公共數(shù)據(jù)在表征ACE2在人體器官組織中分布的研究起到關(guān)鍵性作用。

本期，我們針對性的下載了幾組功能性器官的公開單細(xì)胞測序數(shù)據(jù)，通過Novelbrain單細(xì)胞云平臺來看一下ACE2的表達(dá)情況，并描述了利用生信分析可以展開的進(jìn)一步挖掘方向。

1. 肝組織細(xì)胞圖譜研究

標(biāo)題:Single cell RNA sequencing of human liver reveals distinct intrahepatic macrophage populations

期刊及發(fā)表時(shí)間：Nature Communication，2018年10月

樣本及數(shù)據(jù)分析：樣本來源于5名donors，消化并通過10× Genomics平臺進(jìn)行單細(xì)胞捕獲，最終分析得到8437個(gè)細(xì)胞（文章共分析得到8444個(gè)細(xì)胞，Novelbrain單細(xì)胞分析平臺在分析過程中過濾了部分低基因表達(dá)細(xì)胞）。

分析結(jié)果：通過單細(xì)胞瀏覽器（SingleCell Browser）對Marker Gene的表達(dá)進(jìn)行檢索，可以對細(xì)胞類型進(jìn)行初步鑒定，發(fā)現(xiàn)共有肝細(xì)胞、肝竇內(nèi)皮細(xì)胞、膽管細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、T細(xì)胞、NK細(xì)胞、B細(xì)胞、漿細(xì)胞以及一小部分紅細(xì)胞，并在瀏覽器上直接生成定義好細(xì)胞類型的t-SNE圖以及相關(guān)Marker Gene的Bubble Plot（圖1）。

圖1 肝組織的細(xì)胞類型鑒定

通過對ACE2基因表達(dá)情況的染色發(fā)現(xiàn)其主要在部分膽管細(xì)胞中表達(dá)，并通過單細(xì)胞瀏覽器獲得該基因的t-SNE圖來描繪其表達(dá)分布特征（圖2）。

圖2 ACE2的表達(dá)分布情況

由于從上圖中可以看到，ACE2只在膽管細(xì)胞的一部分細(xì)胞中存在表達(dá)，所以我們可以通過單細(xì)胞分析平臺對膽管細(xì)胞所在的cluster進(jìn)行re-cluster，獲得更細(xì)致的分類。分析共得到三個(gè)亞群，結(jié)果發(fā)現(xiàn)ACE2特異性的只在其中一個(gè)cluster中表達(dá)（圖3）。

圖3 膽管細(xì)胞亞群的re-cluster

接下來，我們就可以針對這個(gè)ACE2陽性的細(xì)胞亞群進(jìn)行一系列的深入分析，去探索該亞群的特征以及ACE2接收到信號后可能開啟的下游功能。通過SCENIC分析轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控特征（之前title和鏈接），可以發(fā)現(xiàn)該群體會受到多個(gè)轉(zhuǎn)錄因子的特異性調(diào)控（圖4A）。在基因表達(dá)層面，可以通過差異基因分析得到ACE2陽性膽管細(xì)胞群體和ACE2陰性膽管細(xì)胞群體的差異基因及可能潛在的影響（圖4B），并通過打分方式獲得在pathway激活程度上的差異（圖4C）。差異基因分析發(fā)現(xiàn)。另外共表達(dá)分析，還可以找到與ACE2存在共表達(dá)的基因及可能的下游調(diào)控機(jī)制（圖4D）。（烈冰生物還支持更多定制化深入分析，通過文末郵箱或電話聯(lián)系我們獲取更多信息吧）

圖4 對ACE2的進(jìn)一步分析

2. 肺組織細(xì)胞圖譜研究

標(biāo)題：Single-Cell Transcriptomic Analysis of Human Lung Provides Insights into the Pathobiology of Pulmonary Fibrosis

發(fā)表期刊：Am J Respir Crit Care Med

發(fā)表時(shí)間：2019年6月

樣本及數(shù)據(jù)分析：樣本來源于8名donors，消化并通過10× Genomics平臺進(jìn)行單細(xì)胞捕獲，最終分析得到43558個(gè)細(xì)胞。

●分析結(jié)果 ●

通過單細(xì)胞瀏覽器（SingleCell Browser）對Marker Gene的表達(dá)進(jìn)行檢索，可以對細(xì)胞類型進(jìn)行初步鑒定，發(fā)現(xiàn)共有I型肺泡上皮細(xì)胞（混入一小部分基底細(xì)胞和棒狀細(xì)胞，需細(xì)分才能區(qū)分）、II型肺泡上皮細(xì)胞、纖毛細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、T細(xì)胞、B細(xì)胞、漿細(xì)胞以及部分潛在的雙細(xì)胞群體（同時(shí)表達(dá)兩種細(xì)胞類型的Marker）。通過對ACE2的表達(dá)進(jìn)行檢索，發(fā)現(xiàn)其主要表達(dá)在II型肺泡上皮細(xì)胞中（圖5）。

圖5 肝組織中ACE2主要表達(dá)在II型肺泡上皮細(xì)胞

3.腎組織細(xì)胞圖譜研究

標(biāo)題：Comparative analysis and refinement of human PSC-derived kidney organoid differentiation with single cell transcriptomics

發(fā)表期刊：Cell Stem Cell

發(fā)表時(shí)間：2018年12月

樣本及數(shù)據(jù)分析：樣本來源于1名donors，制備成細(xì)胞核并通過10× Genomics平臺進(jìn)行單細(xì)胞捕獲，最終分析得到4524個(gè)細(xì)胞。

●分析結(jié)果 ●

通過單細(xì)胞瀏覽器（SingleCell Browser）對Marker Gene的表達(dá)進(jìn)行檢索，可以對細(xì)胞類型進(jìn)行初步鑒定，發(fā)現(xiàn)共有近端腎小管、連接小管、集合管、遠(yuǎn)曲小管、足細(xì)胞、亨利氏袢、潤細(xì)胞。通過對ACE2的表達(dá)進(jìn)行檢索，發(fā)現(xiàn)其主要表達(dá)在近端腎小管中（圖6）。

圖6 腎組織中ACE2主要表達(dá)在近端腎小管

根據(jù)現(xiàn)有的幾組數(shù)據(jù)，可以看到除了肺組織外，其余兩個(gè)臟器中也存在表達(dá)ACE2的細(xì)胞，且主要為膽管細(xì)胞和近端腎小管，暗示這兩類細(xì)胞也會成為潛在的感染對象，并可能引起了臨床產(chǎn)生的器官功能受損癥狀。

上述分析得到的所有結(jié)果通過單細(xì)胞瀏覽器進(jìn)行公開展示，并將其收錄進(jìn)烈冰單細(xì)胞瀏覽數(shù)據(jù)庫NovelBrain CellAtlas。

本數(shù)據(jù)庫平臺不僅僅可以查看ACE2的表達(dá)分布情況，還可以檢索任何您關(guān)注的基因！

網(wǎng)址：http://cellatlas.novelbrain.com/

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