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

對不同階段小鼠 iPSC 細(xì)胞進(jìn)行 scRNA-seq[Buganim, Y et al. Cell. 2012] 發(fā)現(xiàn)，Esrrb、Utf1、Lin28 和 Dppa2 的表達(dá)比 Fbxo15、Fgf4 和 Oct4 的表達(dá)更能預(yù)測細(xì)胞是否進(jìn)入 iPSC 階段；對胚胎不同   時(shí)間線上的單細(xì)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(dòng)脈內(nèi)皮的 scRNA-seq [Lukowski SW et al. Cell Rep. 2019]，可確定血管內(nèi)祖   細(xì)胞和分化細(xì)胞之間的層次關(guān)系；對正在分化中的 iPSC 進(jìn)行 scRNA-seq [Cuomo ASE et al. Nat Commun. 2020]  揭示了基因表達(dá)的動(dòng)態(tài)遺傳效應(yīng)。

胚胎干細(xì)胞（ESC）等各類干細(xì)胞與身體其他細(xì)胞之間的高精度關(guān)系仍然沒有明確定義，研究人員通過對不同類型干細(xì)胞的單細(xì)胞分析，可以對干細(xì)胞進(jìn)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(xì)胞進(jìn)行單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序，初次闡明了人內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（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(xì)胞的種類和特性進(jìn)行了研究（表 2-7）。

表 2-7  干細(xì)胞部分研究成果

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

目前，基于干細(xì)胞的單細(xì)胞測序已被用于疾病的研究。有研究通過對人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）的   單細(xì)胞測序（[Liao M. C et al. J. Neurosci. 2016]，圖 2-6），測定了與 AD（阿爾茨海默?。┌l(fā)病   相關(guān)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(dòng)態(tài)范圍，發(fā)現(xiàn)了 APP 裂解的復(fù)雜性；對慢性粒細(xì)胞白血病（CML）患者的 scRNA-seq 發(fā)現(xiàn)，慢性粒細(xì)胞白血病癌   癥干細(xì)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(guān)系提供了新的見解。

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

圖  2-3  單細(xì)胞技術(shù)檢測  APP  裂解產(chǎn)物過程圖