誘導多能干細胞 (induced Pluripotent Stem Cell，iPSC)  是將成體細胞通過重編程技術而獲得   的，一種類似胚胎干細胞樣特性的多潛能細胞。但是體細胞重編程的效率不高，只有一小部分細胞成   為 iPSC。這導致獲取 iPSC 需要極高的成本。使用單細胞技術對 iPSC 進行研究，有助于追蹤干細胞分   化和發(fā)育的過程，提高重編程效率，降低 iPSC 的應用成本。

對不同階段小鼠 iPSC 細胞進行 scRNA-seq[Buganim, Y et al. Cell. 2012] 發(fā)現(xiàn)，Esrrb、Utf1、Lin28 和 Dppa2 的表達比 Fbxo15、Fgf4 和 Oct4 的表達更能預測細胞是否進入 iPSC 階段；對胚胎不同   時間線上的單細胞轉(zhuǎn)錄組和表觀組測序 [Cacchiarelli, D et al. Cell. 2015]，可觀察早期胚胎發(fā)育   的模式基因；對主動脈內(nèi)皮的 scRNA-seq [Lukowski SW et al. Cell Rep. 2019]，可確定血管內(nèi)祖   細胞和分化細胞之間的層次關系；對正在分化中的 iPSC 進行 scRNA-seq [Cuomo ASE et al. Nat Commun. 2020]  揭示了基因表達的動態(tài)遺傳效應。

胚胎干細胞（ESC）等各類干細胞與身體其他細胞之間的高精度關系仍然沒有明確定義，研究人員通過對不同類型干細胞的單細胞分析，可以對干細胞進行有效的分類、特征和功能鑒定。湯富酬教授等人 [Tang, F et al. Cell Stem Cell. 2010] 對胚胎干細胞進行單細胞轉(zhuǎn)錄組測序，初次闡明了人內(nèi)細胞團（ICM）向 ESC 轉(zhuǎn)變的高精度變化，揭示編碼代謝因子的改變以及編碼表觀遺傳抑   制因子的增加。此外，也有大量研究在不同層次對干細胞的種類和特性進行了研究（表 2-7）。

表 2-7  干細胞部分研究成果

對干細胞進行單細胞分析，可以更好地理解疾病相關分子的潛在分泌途經(jīng)，從而對疾病發(fā)生機制有全新的了解。

目前，基于干細胞的單細胞測序已被用于疾病的研究。有研究通過對人誘導多能干細胞（iPSC）的   單細胞測序（[Liao M. C et al. J. Neurosci. 2016]，圖 2-6），測定了與 AD（阿爾茨海默病）發(fā)病   相關的核心分子——淀粉樣 β（aβ）和可溶性淀粉樣前體蛋白  α（sAPPα），揭示了分子動態(tài)范圍，發(fā)現(xiàn)了 APP 裂解的復雜性；對慢性粒細胞白血病（CML）患者的 scRNA-seq 發(fā)現(xiàn)，慢性粒細胞白血病癌   癥干細胞 CML-SCs 具有異質(zhì)性 [Giustacchini A et al. Nat Med. 2017]，為 CML 造血破壞與臨床結(jié)   局的關系提供了新的見解。

在單細胞水平上深入了解疾病機制或疾病治療相關細胞信息，可指導針對相關細胞類型的新治療   策略開發(fā)。對間充質(zhì)干細胞（MSCs）進行 scRNA-seq[Huang, Y. et al. Cell Death Dis. 2019] 發(fā)現(xiàn)，MSCs 異質(zhì)性受細胞周期狀態(tài)的控制且異質(zhì)性有限。用 IFNγ  和 TNFα  對 MSC 進行預處理后，MSCs 的基   因表達呈現(xiàn)出均勻變化。由此，為疾病治療中 MSCs 的標準化提供了參考。

圖  2-3  單細胞技術檢測  APP  裂解產(chǎn)物過程圖