全面解析：單細胞核轉錄組測序的優勢與必要性
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發表時間：2025-08-12
在單細胞測序領域，研究者常權衡于采用單細胞核轉錄組測序（snRNA-seq）或單細胞轉錄組測序（scRNA-seq）。目前，從已發表的文章來看，scRNA-seq是主流方法，但該方法仍存在一定局限性。對于scRNA-seq，無論制備單細胞懸液還是制備原生質體懸液都需采用熱酶解法，然而越來越多的研究表明，在這種條件下細胞可能受到刺激，導致脅迫相關應答基因表達增加，從而“人為改變”細胞的轉錄模式，引起轉錄偏好，最終導致所獲得的數據無法真實反映細胞的轉錄狀態，降低了數據的可靠性[1-6]。snRNA-seq不受解離條件的限制，適用樣本類型豐富，可通過凍存組織送樣進行抽核實驗，避免酶解法引入的應激反應和解離偏好性，解決了上述問題。
下面就跟小編一起來看一下具體案例吧~
案例展示
Case presentation
案例一
2020 年，Michal Slyper等人在Nature上發表了題為“A single-cell and single-nucleus RNA-Seq toolbox for fresh and frozen human tumors”的文章。通過對多組樣本snRNA-seq與scRNA-seq的對比發現，snRNA-seq測序檢出免疫細胞較少：神經母細胞瘤中，相比 snRNA-seq，scRNA-Seq 中免疫細胞比例更高，神經嵴、神經內分泌細胞等實質細胞大幅減少；而 snRNA-Seq 結果中實質性細胞（尤其是惡性細胞）比例更高，但 T 細胞比例大幅減少，B 細胞和 NK 細胞基本消失，內皮細胞、上皮細胞占比增加，這一發現在其余的 7 種組織類型中也得到了驗證。文章認為，scRNA-Seq 由于解離處理可能使實質細胞受到損傷，導致實質細胞減少，也可能誘導免疫激活和即時早期反應，導致免疫細胞增多。
案例二
2023年5月發表在Genome Medicine上題為“Single-nucleus RNA sequencing of human pancreatic islets identifies novel gene sets and distinguishes β-cell subpopulations with dynamic transcriptome profiles”的文章。snRNA-seq與冷凍樣品兼容，消除了解離誘導的轉錄應激反應，并提供了可用于識別前體 mRNA 轉錄本的內含子序列的增強信息。
案例三
2023年5月發表在Nature上題為“A pan-grass transcriptome reveals patterns of cellular divergence in crops”的文章。在禾本科植物中，不同物種是平行馴化的，從而產生了各種具有獨特進化歷史和特征的作物。這些物種關鍵性狀的區分是通過專門的細胞類型介導的。該研究對擬南芥和玉米的scRNA-seq和snRNA-seq數據進行比較，原生質體制備的方法由于不同植物和組織的差異性，適應性較為有限，且可能引入應激反應，對后續研究造成干擾。單細胞核轉錄組則能夠識別特異的細胞類群并提供更完整的基因表達模式。
案例四
2021年3月發表在Molecular Plant上題為“Single-nucleus RNA and ATAC sequencing reveals the impact of chromatin accessibility on gene expression in Arabidopsis roots at the single-cell level”的文章。文中報道了擬南芥根組織中snRNA-seq和單個核的ATAC測序（snATAC-seq）。通過與已發表的原生質體轉錄組比較，驗證了snRNA-seq進行植物單細胞圖譜構建的可靠性。此外，snRNA-seq的結果揭示了之前scRNA-seq并未鑒定到的新的細胞類型。
此外，在查閱相關文獻的過程中發現，研究者均一致認為制備原生質體會引起基因表達的變化。
2023 年 發表在Nature Communications 上題為 "Single-cell analysis identifies genes facilitating rhizobium infection in Lotus japonicus" 的文章。專家評審意見中指出制備原生質體會引起脅迫相關基因表達并對后續的數據分析產生影響[11]。
2022年發表在Nature Commucication的題為“A 3D gene expression atlas of the floral meristem based on spatial reconstruction of single nucleus RNA sequencing data”的文章。作者回復專家評審意見中指出選擇分離細胞核而不是原生質體并非是由于制備花部組織高質量原生質體困難，而是原生質體處理可能會導致基因表達的變化。進行snRNA-seq可以避免原生質體處理可能產生的轉錄組變化[12]。
2023 年發表在Cell Reports 上題為 "Single-cell profiling of Arabidopsis leaves to Pseudomonas syringae infection" 的文章。作者提到制備原生質體的過程會影響轉錄組變化，盡管大規模RNA-seq數據分析可排除受原生質體影響顯著表達的基因，但無法排除受原生質體影響誘導產生的防御反應[13]。
單細胞核轉錄組優勢
樣本適應性更強
單細胞核懸液制備對樣本的狀態要求較低，適用于固定、部分降解或難以處理的樣本，如組織塊和冰凍樣本。細胞核的穩定性和抗損傷能力使得這種方法在處理這些挑戰性樣本時具有優勢。
更適合某些特定性細胞類型
對于難以分離的細胞類型，如神經細胞或肌肉細胞，單細胞核懸液的制備方法可以更有效地處理這些細胞，避免了破壞堅固細胞膜或復雜細胞結構的風險。
適用于大規模分析
由于其制備過程的穩定性和可重復性，單細胞核懸液適合于進行規模的單細胞分析，如整個器官或多種組織的綜合分析，有助于大數據的生成和處理。
更低的物理損傷
制備單細胞核懸液的過程能更好地保持細胞完整性和RNA的完整性。這避免了因酶處理和物理操作導致的人為轉錄變化、降解或細胞死亡。
參考文獻
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