基于单细胞测序与Cell Chat互作分析:顶刊揭示心衰治疗新靶点的发现之路

发布于: 2026-03-27 10:35

基于单细胞测序与Cell Chat互作分析:顶刊揭示心衰治疗新靶点的发现之路

心肌梗死(Myocardial Infarction, MI)是全球死亡的主要原因之一,缺血后不良心脏重构是导致心力衰竭的重要病理过程[1]。尽管已知免疫炎症是驱动重构的关键,但哪类细胞参与炎症细胞招募、如何通过细胞间通讯精准调控重构进程了解有限

国际顶尖期刊《Circulation》最新研究通过单细胞RNA测序(scRNA-seq)Cell Chat细胞互作分析技术,首次揭开了P16+细胞介导缺血后心脏不良重构的分子机制[2]。该研究不仅为缺血性心脏病治疗提供了全新靶点,也凸显了在单细胞层面精准解析细胞异质性及其通讯网络对于揭示疾病机制至关重要。

图1 研究机制图

技术亮点

单细胞RNA测序(scRNA-seq)

研究团队利用单细胞测序技术,对小鼠心肌梗死后第7天的心脏非心肌细胞进行解离,共捕获20040个高质量细胞,覆盖巨噬细胞、成纤维细胞、T细胞、NK细胞等7种主要细胞类型。

图2 细胞分群UMAP图

Cell Chat细胞互作分析

为了解析CCL8在心脏中的作用,研究团队使用Cell Chat对scRNA-seq数据进行配体-受体互作预测,结果显示P16+巨噬细胞和成纤维细胞通过CCL8-CCR5信号与CD8+ T细胞、NK细胞等建立强互作,且信号强度在梗死后随时间增强,与细胞毒性淋巴细胞浸润程度高度一致。这一定量化的互作网络,是传统实验技术无法实现的,也是Cell Chat在复杂组织互作研究中的独特价值所在。

图3 GFPhi巨噬细胞和成纤维细胞的CCL信号传出模式图

01

细胞异质性解析

成纤维细胞与巨噬细胞是CCL8主要来源

  • 流式细胞术与免疫荧光验证显示,P16+细胞比例在梗死后显著升高,且主要集中在巨噬细胞与成纤维细胞中

图4 DQ处理后P16+巨噬细胞与成纤维细胞的清除效率图

  • 通过Bulk RNA-seq+scRNA-seq联合分析,研究者发现P16+巨噬细胞和成纤维细胞中CCL8表达显著上调,且蛋白水平在梗死区明显集中。

图5 GFPhi巨噬细胞和成纤维细胞中CCL8的表达分布图


02

Cell Chat 细胞通信分析

P16+细胞通过CCL8招募细胞毒性淋巴细胞

  • Cell Chat细胞间通信分析显示,P16+巨噬细胞和成纤维细胞通过CCL8-CCR5信号向CD8+ T细胞、NK细胞等发送互作信号,定向招募细胞毒性淋巴细胞(图3和图6)。

图6 心肌梗死后心脏中CCL8受体的表达

03

基因敲除+细胞特异性清除

  • CCL8基因敲除:在P16+细胞中特异性敲除CCL8,结果显示CD8+ T细胞与NK细胞浸润减少,心功能改善,纤维化面积显著减少。

图7 CCL8敲除后的心功能与纤维化改善图


  • P16+成纤维细胞清除:利用双重组酶系统(p16-DreER;Pdgfra-CreER;R26-Ir-tdT-DTR小鼠)选择性清除P16+成纤维细胞,结果显示纤维化面积减少,心功能提升。

图8 P16+成纤维细胞清除后的心功能与纤维化改善图



这项研究清晰地描绘了一条从心肌缺血损伤到心力衰竭的新路径:心肌缺血损伤→细胞衰老(P16+)→分泌CCL8→募集细胞毒性淋巴细胞→持续炎症与损伤→心脏恶性重构。它为我们提供了两大前沿方向:

一、治疗新靶点:靶向清除衰老细胞或阻断CCL8信号通路,有望成为预防心梗后心衰的全新治疗策略。

二、研究新范式:这项研究的突破,极大地依赖于在单细胞分辨率下对心脏细胞异质性和细胞间通讯网络的深度解析。


在心血管疾病、肿瘤免疫、神经退行性疾病等复杂疾病的机制研究中,科学家往往面临两个关键挑战:

一、如何在临床样本稀缺、细胞脆弱的情况下获取高质量、高分辨率的单细胞数据。

二、如何从海量数据中精准识别关键细胞间通讯网络,将相关性转化为可验证的致病机制。

而这正是百洋智心一体化单细胞解决方案致力于赋能的研究场景,我们提供从样本处理到生物学机制解析的全流程技术服务:

上游:ICELL8cx单细胞测序系统:

  • 超高性价比与灵活通量:ICELL8cx单细胞测序系统可在单次实验中处理几百到数万个细胞,既能满足大规模筛选,也能针对珍贵临床样本进行小规模高精度检测

  • 卓越的细胞活性保护:ICELL8cx单细胞测序系统具备温和的纳升级微孔技术,确保细胞状态真实,适用于对损伤敏感的细胞或需要后续培养验证的细胞进行研究。

  • 多组学拓展能力:除了常规转录组测序,ICELL8cx系统还可衔接表观基因组(ATAC-seq)和表面蛋白检测等多组学分析。

图9 ICELL8CX系统 图源:百洋智心

下游:Cell Chat细胞互作分析平台:

  • 自动化信号通路解析:一键识别显著的配体-受体互作,定量评估信号强度与概率。

  • 多层次可视化:支持网络图、气泡图、热图等多种展示形式,直观呈现复杂的细胞通讯关系。

  • 层级结构与贡献度分析:不仅能找到关键通路,还能量化每条通路在整个信号网络中的权重,帮助锁定最具干预潜力的靶点。

图10 Cell Chat分析数据结果 图源:百洋智心

此外,百洋智心基础研究技术平台还提供以下科研赋能服务:

  • 分子生物学实验:提供Western Blot、免疫共沉淀(Co-IP)及免疫荧光/细胞染色等全流程服务,从样本处理、实验操作到成像分析,确保结果准确可靠,助力机制深入解析。

  • 细胞功能研究:涵盖心肌细胞、成纤维细胞等分离培养、细胞造模以及电生理、细胞流式分析和线粒体功能检测等功能性实验,实现细胞水平的表型与机制验证。

  • 小动物疾病模型与表型分析:专业构建小鼠心肌梗死(MI)、主动脉弓缩窄(TAC)等疾病模型,配合小动物心脏超声动态评估心功能,并提供规范化动物饲养以及样本采集服务,实现从造模到检测的全流程支持。

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百洋智心

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参考文献:

  1. Prabhu, S.D. and N.G. Frangogiannis, The Biological Basis for Cardiac Repair After Myocardial Infarction: From Inflammation to Fibrosis. Circ Res, 2016. 119(1): p. 91-112.

  2. Yan, L., et al., P16(+) Cells Drive Adverse Postischemic Cardiac Remodeling Through CCL8-Mediated Recruitment of Cytotoxic Lymphocytes. Circulation, 2026.

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