概述

单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）测量单个细胞的转录组，提供了前所未有的细胞异质性分辨率。批量 RNA-seq 平均了数百万个细胞的基因表达，掩盖了不同细胞类型的不同转录状态。相比之下，scRNA-seq 分别捕获每个细胞的表达谱，从而能够发现稀有细胞群体、重建发育轨迹以及表征细胞类型特异性反应。自 2009 年首次 scRNA-seq 研究以来，该技术已快速发展，现代平台在单次实验中即可分析数万个细胞。

方法

scRNA-seq 工作流程涉及细胞分离（使用基于液滴的平台如 10x Genomics Chromium、微流控如 Fluidigm C1 或基于平板的方法）、使用独特分子标识符（UMIs）进行逆转录以消除扩增偏倚，以及建库用于测序。生物信息学分析包括：质控（按基因计数、线粒体含量和 UMI 计数过滤细胞）、标准化（SCTransform、scran 或 BASiCS）、批次校正（Harmony、Seurat 的 CCA 或 scVI）、降维（PCA 后接 UMAP 或 t-SNE 可视化）、聚类（Louvain 或 Leiden 算法）以及簇间的差异表达。细胞类型注释使用标记基因和参考数据库。

应用

scRNA-seq 已经改变了多个领域。它创建了人类器官的综合细胞图谱，绘制了发育中的胚胎图谱，并揭示了大脑和免疫系统中以前未知的细胞亚型。在癌症研究中，scRNA-seq 剖析了肿瘤异质性和肿瘤微环境，识别了与流式细胞术标记相关的稀有耐药细胞状态. 该技术建立在核心 RNA 测序原理和 DNA 微阵列与基因表达概念之上。新兴的空间转录组学方法现在为单细胞数据添加了位置背景，揭示了细胞在组织内的组织方式。