大家好，今天跟大家分享的是发表在Molecular Therapy: Nucleic Acids (IF: 7.032)上的一篇关于单细胞基因调控网络的一篇文章。该文章将乳腺癌bulk水平下的分子亚型引入到单细胞水平，刻画瘤内异质性，并分别在不同的分子亚型下构建基因调控网络，挖掘关键的调控基因。该文章思路简单清晰，很适合我们借鉴到其他的癌症类型中。话不多说，我们来看这篇文章的主要内容。

Single-cell RNA-seq dissects the intratumoral heterogeneity of triple negative breast cancer based on gene regulatory networks

基于基因调控网络在单细胞水平下解析三阴性乳腺癌的瘤内异质性

背景介绍

我们知道传统的乳腺癌可以根据表达分为5种亚型：Normal-like, Basal-like, Her2+, LumA和LumB。随着单细胞测序技术的发展，我们能够在单细胞分辨率下更清楚的了解癌症组织的瘤内异质性。在本篇研究中，作者在单细胞水平下引入乳腺癌经典分型，发现了同一患者的肿瘤包含了不同的分子亚型的细胞，并在这些不同的分子亚型细胞中进行了基因调控网络分析。

二、数据

6个三阴性乳腺癌患者的共计868个单细胞表达数据用于本文的主要分析。METABRIC数据库中的186个三阴性乳腺癌患者用于最后的生存分析。

三、结果

1. TNBC患者内在的分子亚型

在文章开始，作者对单细胞进行了细胞类型的划分。首先利用基因表达数据推断拷贝数谱，对拷贝数谱进行层次聚类识别出了3类细胞（A）。其中类和第三类细胞有高水平的拷贝数变异（B），表明这些细胞可能为肿瘤细胞。同时t-SNE降维分析支持层次聚类的结果（C）。进一步作者基于PAM50模型将这些肿瘤细胞分为Normal-like, Basal-like, Her2+, LumA和LumB 5种分子亚型（D）。可以发现6个样本的内在分子亚型展现出了较大的差异，表现出较高的瘤内异质性（E），PT039和PT081这两个样本包含了较高比例的Basal-like类型细胞。

.TNCB患者的内在分子亚型

2. 不同分子亚型细胞的特点

接下来作者从细胞互作和hallmark活性两方面对这些不同类型的细胞进行刻画。，作者采用CellPhoneDB方法计算不同细胞类型间的配体受体互作，发现巨噬细胞在细胞间通讯中起到了重要作用（A）。另一方面，作者分析了5种分子亚型细胞的50个hallmark基因集合的活性（B），可以看到不同的分子亚型间具有一定的差异，如Basal-like细胞具有显著高的G2M检查点活性（C，p=3.6e-24，单侧方差分析）。

.不同分子亚型细胞的特点

3. 分子亚型特异的基因调控网络

这一部分作者基于基因的表达与转录因子结合位点信息分别在正常上皮细胞和5种分子亚型的肿瘤细胞构建分子亚型特异的基因调控网络（）。首先作者在每种分子亚型中筛选出显著共表达的转录因子和靶基因对，接着要求靶基因要显著富集该转录因子的结合位点motif，最终保留下来的转录因子和靶基因关系形成分子亚型特异的基因调控网络。为了更深入理解调控网络，作者在这些网络中识别一些关键的基因。结合度、介数和紧密度等一些网络测度，作者筛选出一些网络中得重要节点作为关键基因（），分析发现这些关键基因显著富集于已知的癌基因（p<0.001，超几何检验）。

.分子亚型特异的基因调控网络

4. 关键基因的功能多样性

有了上面挖掘出来的关键基因，作者进一步来分析这些基因所参与的功能。值得注意的是，我们可以发现ETV6这个基因在5种分子亚型的细胞中均起到了重要调控功能（B-F），作者就将关注点转向了ETV6这个基因上。研究发现ETV6这个基因分别在不同亚型的细胞中调控了不同的基因（A），这些基因关联了不同的生物学过程（B）。ETV6基因在5种分子亚型的肿瘤细胞中均显著高于正常细胞（C），同时，在Basal-like细胞中的表达显著高于Normal-like细胞（D）。此外，在bulk样本中，ETV6这个基因的高表达与患者的较差生存相关联（E）。

.关键基因功能的多样性

本篇文章的内容就是这些，让我们来简要总结下该文章的思路。首先结合单细胞测序样本的分型手段对单细胞进行细胞类别划分，得到不同分子亚型的细胞，然后分析这些细胞的特点，如细胞互作和hallmark活性等方面；接着可以根据不同类型的细胞构建了分子亚型特异的基因调控网络，分析网络拓扑属性，挖掘关键的调控基因，并对这些调控基因进行下游分析。大家可以将该思路应用不同的癌症类型中，换其他的分型手段来区分单个肿瘤细胞，构建特异的调控网络来分析重要的调控基因。看完这篇文章后希望大家能够有所收获，学会该文章思路。最后祝大家科研顺利！