很多客户拿到基础分析数据，确定好细胞类型，揭开了组织异质性的面纱之后，接下来就是对感兴趣的细胞类型进行深入挖掘，伯豪可为客户提供符合需求的个性化分析，丰富研究内容，为文章锦上添花。今天就给大家介绍其中一种——细胞通讯分析。
多细胞生物是由不同类型的细胞组成开放社会，这个社会中的单个细胞间必须协调它们的行为，为此，细胞建立通讯联络是必需的。细胞通讯是指一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应的反应，通过化学信号分子进行细胞间通讯是动物和植物普遍采用的通讯方式。配体 - 受体复合物介导的细胞 - 细胞通讯对协调发育、分化和炎症等多种生物学过程具有至关重要的作用。
复杂的细胞外反应始于配体与其同源受体的结合和特定细胞信号通路的激活，定位这些配体 - 受体相互作用是理解细胞行为和对邻近细胞反应的基础。随着单细胞 RNA 测序的日益流行，RNA 测序数据量的指数增长，使得测量多种细胞类型中配体和受体的表达，并系统地解码细胞间通信网络，解释组织在稳态中的功能及其在疾病中的变化成为可能。
分析原理
利用 CellPhoneDB 软件分析亚群间的通讯作用。CellPhoneDB 根据每个亚群中配体和受体的表达水平，来计算配体 - 受体对在细胞类型中的特异性富集，分析细胞类型之间的相互作用，仅考虑在特定簇中超过 10% 的细胞中表达的受体和配。具体原理：随机地将所有细胞的簇标签置换 1,000 次，计算每个 cluster 的受体和配体平均表达水平。两种细胞类型之间的每种受体 - 配体对会产生一个背景分布。通过计算比实际受体 - 配体对平均值的比例跟背景相比，计算显著性 P 值。可以根据不同的分析分别分析每一组样本内的细胞通讯结果，从而对不同组之间的细胞通讯的差异。
CellPhoneDB 简介
为了研究不同细胞类型间的细胞通讯网络如何使生理过程得以进行的，英国 Sanger 研究所的 Teichmann 实验室和 Vento-Tormo 实验室联合开发了 CellPhoneDB，一个配体、受体及其相互作用的数据库，用于细胞通讯网络的系统分析。该数据库利用了来自 UniProt、Ensembl、PDB、IUPHAR 等数据库的信息，共存储了 978 种蛋白质：501 种为分泌蛋白，585 种为膜蛋白。这些蛋白质参与 1396 种相互作用，其中，有 474 种相互作用涉及分泌蛋白，490 种相互作用仅涉及膜蛋白（图 1）。与其他数据库相比，CellPhoneDB 的一个主要优点是它考虑了配体和受体的结构组成，准确地描述了异聚复合物。这一点对于许多细胞因子等蛋白质家族来说尤其重要，因为配体 - 受体相互作用通常涉及多个亚单位，其中受体共享结构亚单位，配体的亲和力由受体亚单位的特定组合决定。在储存在 CellPhoneDB 中的所有蛋白质中，466 种是异聚体。
▲图 1CellPhoneDB 数据库概述
案例分享
Cédric Blanpain 团队今年 8 月在 Nature 上发表的题目为“Heterotypic cell–cell communication regulates glandular stem cell multipotency（异型细胞间通讯调节腺干细胞的多能性）”的文章，利用 CellPhoneDB 评估了对照中成人 BCs 和 LCs、胚胎多能祖细胞以及 LC 消融后鉴定的配体 - 受体相互作用对。表明，在不同条件下存在不同的常见配体 - 受体对。在稳态下，仅在成人 BCs 和 LCs 中发现的配体 - 受体对被认为可调节稳态中 BCs 和 LCs 之间的通讯（功能研究的配体 - 受体对用粗体表示）。
▲图 2BCs 和 LCs 之间的通讯
今年 4 月张泽民教授团队在 Cell 发表研究性论文 Single-Cell Analyses Inform Mechanisms of Myeloid-Targeted Therapies in Colon Cancer，使用 CellPhoneDB 将细胞通讯运用自如。例如作者发现 CXCL10-CXCR3 这对配体 - 受体显著富集在 C1QC+ TAMs 中（图 3），暗示 C1QC+ TAMs 在招募和激活 T 细胞上的潜在作用（hT08、hT09、hT11、hT15、hT18，是文章识别的不同的 T 细胞类别，在上述细胞 - 细胞通讯网络中与 C1QC+ TAMs 存在通讯关系）。
▲图 3 配体 - 受体互作
参考文献
[1] Efremova Mirjana,Vento-Tormo Miquel,Teichmann Sarah A et al. CellPhoneDB: inferring cell-cell communication from combined expression of multi-subunit ligand-receptor complexes.[J] .Nat Protoc, 2020, 15: 1484-1506.
[2] Centonze Alessia,Lin Shuheng,Tika Elisavet et al. Heterotypic cell-cell communication regulates glandular stem cell multipotency.[J] .Nature, 2020, 584: 608-613.
[3] Zhang Lei,Li Ziyi,Skrzypczynska Katarzyna M et al. Single-Cell Analyses Inform Mechanisms of Myeloid-Targeted Therapies in Colon Cancer.[J] .Cell, 2020, 181: 442-459.e29.
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