2020年4月10日,深圳華大生命科學(xué)研究院、深圳國(guó)家基因庫(kù)、中國(guó)科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院、昆明理工大學(xué)靈長(zhǎng)類轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院、英國(guó)劍橋大學(xué)醫(yī)學(xué)院、廣州市華珍生物科技等聯(lián)合在BioRxiv上發(fā)表題為《Single-cell atlas of a non-human primate reveals new pathogenic mechanisms of COVID-19》的文章(點(diǎn)擊文末“閱讀原文”查看文章)。

該研究應(yīng)用華大智造自主研發(fā)的DNBelab C4便攜式單細(xì)胞系統(tǒng)對(duì)食蟹猴的主要組織器官(肺,腎臟,肝,胰腺,大腦,主動(dòng)脈,甲狀腺,腮腺和血液)進(jìn)行單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序,建立了食蟹猴單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫(kù),鑒定出食蟹猴的44種主要細(xì)胞類型,在國(guó)際上首次完成構(gòu)建非人靈長(zhǎng)類單細(xì)胞圖譜V1.0,對(duì)于新冠藥物和疫苗的研發(fā)具有重要指導(dǎo)作用。

華大等機(jī)構(gòu)發(fā)布非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物新冠受體表達(dá)細(xì)胞圖譜, 助力新冠藥物和疫苗研發(fā)-肽度TIMEDOO

食蟹猴細(xì)胞圖譜
華大等機(jī)構(gòu)發(fā)布非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物新冠受體表達(dá)細(xì)胞圖譜, 助力新冠藥物和疫苗研發(fā)-肽度TIMEDOO
深圳國(guó)家基因庫(kù)高通量數(shù)字化平臺(tái)

如今,新型冠狀病毒引發(fā)的肺炎嚴(yán)重危害了人類健康和世界經(jīng)濟(jì)。全球科學(xué)家都在積極研發(fā)針對(duì)新型冠狀病毒的疫苗以及新冠肺炎藥物,已經(jīng)有部分研究進(jìn)入動(dòng)物及臨床實(shí)驗(yàn)階段,這也是藥物和疫苗大規(guī)模用于臨床的必經(jīng)之路。動(dòng)物模型在研究病毒感染和發(fā)病機(jī)理、傳播途徑及藥物和疫苗評(píng)價(jià)中發(fā)揮重要作用,也是國(guó)務(wù)院聯(lián)防聯(lián)控機(jī)制科研攻關(guān)組部署的五大方向之一。

非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物與人類在解剖生理、組織器官功能以及免疫應(yīng)答反應(yīng)等方面非常接近而成為最重要的臨床前實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型,系統(tǒng)比較人和非人在新冠病毒感染機(jī)制方面的差異對(duì)于藥物和疫苗評(píng)價(jià)等具有重要指導(dǎo)意義。

本研究基于上述單細(xì)胞數(shù)據(jù)庫(kù),系統(tǒng)分析了新冠病毒受體ACE2及其輔助蛋白酶TMPRSS2在食蟹猴44種細(xì)胞類型上的表達(dá)情況,發(fā)現(xiàn)ACE2主要表達(dá)在肺,腎臟,肝臟的上皮細(xì)胞,而在血液和大腦皮層組織中幾乎不表達(dá)。通過(guò)對(duì)ACE2在44種細(xì)胞中表達(dá)比例的排序,發(fā)現(xiàn)了各個(gè)器官中新冠病毒易感的細(xì)胞類型。

進(jìn)一步,通過(guò)對(duì)ACE2和TMPRSS2的共表達(dá)分析以及后續(xù)的分析,發(fā)現(xiàn)肺部的一種上皮細(xì)胞club cell是ACE2和TMPRSS2雙陽(yáng)性細(xì)胞比例最高的細(xì)胞類型,提示這種肺部上皮細(xì)胞類型極易受到新冠病毒的侵入。

華大等機(jī)構(gòu)發(fā)布非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物新冠受體表達(dá)細(xì)胞圖譜, 助力新冠藥物和疫苗研發(fā)-肽度TIMEDOO

新冠病毒受體表達(dá)的組織分布

在通過(guò)與人的單細(xì)胞數(shù)據(jù)的對(duì)比分析后,發(fā)現(xiàn)ACE2在食蟹猴腎臟,肺和肝臟中各個(gè)細(xì)胞類型的表達(dá)范式與人的相對(duì)應(yīng)的器官的一致性和差異性,提示食蟹猴對(duì)新冠病毒易感的細(xì)胞類型與人體細(xì)胞的異同,這將為新冠藥物和疫苗在非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物上的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)以及機(jī)制研究提供指導(dǎo)。

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人猴新冠病毒受體差異比較分析

進(jìn)一步通過(guò)對(duì)ACE2表達(dá)相關(guān)性基因分析篩選,發(fā)現(xiàn)了一系列高關(guān)聯(lián)的基因,包括一些在臨床上與免疫細(xì)胞衰竭相關(guān)的藥物靶標(biāo),這為臨床藥物治療提供了重要依據(jù)。與此同時(shí),作者通過(guò)整合單細(xì)胞染色質(zhì)可及性(scATAC-seq)及基因表達(dá)(scRNA-seq)數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)ACE2轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)附近富集干擾素響應(yīng)順式元件(IRF1)以及STAT轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn),這可以將ACE2的表達(dá)與一些患者的嚴(yán)重免疫反應(yīng)聯(lián)系起來(lái)。特別是發(fā)現(xiàn)臨床上炎癥因子風(fēng)暴的核心炎癥因子IL-6受體IL-6R與ACE2在組織中具有共表達(dá)的規(guī)律,提示IL6與ACE2的正反饋調(diào)節(jié)作用可能是臨床上炎癥因子風(fēng)暴的重要原因。

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新冠病毒感染啟動(dòng)IL-6免疫信號(hào)通路機(jī)制

文章通訊作者之一、深圳華大生命科學(xué)研究院超級(jí)細(xì)胞所所長(zhǎng)劉龍奇博士表示,非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物是當(dāng)前藥物、疫苗研發(fā)以及新冠感染機(jī)制研究最理想的動(dòng)物模型。為了加速新冠相關(guān)的科研攻關(guān),我們與合作單位一起率先公開(kāi)第一批非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物單細(xì)胞圖譜,覆蓋了病毒易感的主要器官類型,并與相應(yīng)的人體細(xì)胞圖譜進(jìn)行了系統(tǒng)比較,發(fā)現(xiàn)了人和猴在受體表達(dá)上的一致性和部分差異,這將為新冠病毒相關(guān)的臨床前研究提供重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

為積極應(yīng)對(duì)新冠疫情在全球的爆發(fā),華大不僅在抗疫一線持續(xù)輸出自己的力量而且在新冠病理機(jī)制研究上快速跟進(jìn)。本研究基于華大智造自主研發(fā)的便攜式單細(xì)胞系統(tǒng)(DNBelab C4)和高通量測(cè)序儀的協(xié)助下進(jìn)行大規(guī)模,高效,低費(fèi)和高質(zhì)量的單細(xì)胞建庫(kù)、測(cè)序,首次構(gòu)建非人靈長(zhǎng)類轉(zhuǎn)錄組單細(xì)胞圖譜V1.0,研發(fā)團(tuán)隊(duì)將對(duì)該圖譜進(jìn)行持續(xù)更新,以構(gòu)建更完整的非人靈長(zhǎng)類多組學(xué)單細(xì)胞圖譜。

附:華大智造便攜式單細(xì)胞系統(tǒng)(DNBelab C4)
DNBelab C4便攜式單細(xì)胞系統(tǒng)被稱為 “可裝進(jìn)口袋的單細(xì)胞實(shí)驗(yàn)室”,整機(jī)僅220余克,無(wú)需電源,操作簡(jiǎn)便,在“掌上”完成單細(xì)胞barcoding。搭配華大智造系列基因測(cè)序儀及單細(xì)胞分析軟件,可高效便捷地完成單細(xì)胞分析全流程,為單細(xì)胞研究注入了新動(dòng)力。