單細(xì)胞RNA測(cè)序可定量檢測(cè)藥物對(duì)胰島細(xì)胞的效果

胰腺是產(chǎn)生消化酶以及調(diào)節(jié)血糖水平的激素的器官。胰島專門負(fù)責(zé)激素的分泌，其中有β細(xì)胞和α細(xì)胞，β細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生降低血液中葡萄糖水平所需的激素——胰島素，而α細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生負(fù)責(zé)升高血液中葡萄糖水平的激素——胰高血糖素。

1型糖尿病是因人體的免疫系統(tǒng)錯(cuò)誤地攻擊并破壞了胰腺的β細(xì)胞。再生醫(yī)學(xué)手段希望通過恢復(fù)體內(nèi)β細(xì)胞的數(shù)量與質(zhì)量，從而最終取代目前的胰島素替代療法。此外，β細(xì)胞功能的障礙也會(huì)導(dǎo)致II型糖尿病的發(fā)生。因此，對(duì)不同胰島細(xì)胞類型的更深入了解有助于對(duì)兩種形式的糖尿病更好的理解以及療法的開發(fā)。

在此前的研究中，來自CeMM的Christoph Bock和Stefan Kubicek小組的研究人員發(fā)表了**個(gè)來自人原代胰島細(xì)胞的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組。自那以來，技術(shù)的進(jìn)步使其能夠應(yīng)用于所有單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組圖譜的生成。盡管取得了這些進(jìn)步，單細(xì)胞方法在技術(shù)上仍然具有挑戰(zhàn)性，其中至關(guān)重要的是確保所得單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組的質(zhì)量和純度。

CeMM研究人員在他們自己的數(shù)據(jù)集以及其他已發(fā)表的單細(xì)胞研究中，在非內(nèi)分泌細(xì)胞類型中發(fā)現(xiàn)了意想不到的激素高表達(dá)現(xiàn)象。他們希望了解這是否是RNA分子污染的結(jié)果。大多數(shù)組織的單細(xì)胞RNA-seq數(shù)據(jù)中似乎都存在這種污染，但在胰島中最為明顯。例如，胰島內(nèi)分泌細(xì)胞專門用于產(chǎn)生單一激素，與典型的“持家”基因相比，β細(xì)胞中的胰島素和α細(xì)胞中的胰高血糖素的表達(dá)水平缸蓋更高。基于此觀察，他們的目標(biāo)是開發(fā)，驗(yàn)證和應(yīng)用一種方法來通過實(shí)驗(yàn)確定并通過計(jì)算消除潛在的污染。

在研究中，CeMM研究人員在純化的單細(xì)胞樣本中人為地?fù)饺肓藖碜圆煌?xì)胞類型“雜質(zhì)”，將它們添加到胰島樣品中。他們發(fā)現(xiàn)，樣品的污染水平高達(dá)20%。然后，他們開發(fā)了一種新穎的生物信息學(xué)方法，以計(jì)算方式去除單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組中的污染讀物。

最終他們已經(jīng)獲得了一個(gè)“去污染的”轉(zhuǎn)錄組，從該轉(zhuǎn)錄組中除去了虛假信號(hào)，他們著手表征了不同細(xì)胞類型中的細(xì)胞身份如何響應(yīng)三種不同藥物的治療。他們發(fā)現(xiàn)，靶向轉(zhuǎn)錄因子FOXO1的小分子抑制劑可誘導(dǎo)α和β細(xì)胞的去分化。此外，他們還研究了蒿甲醚，該藥物在體內(nèi)和體外研究中均會(huì)減弱α細(xì)胞的功能并可能誘導(dǎo)胰島素的產(chǎn)生。