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單細(xì)胞測序方法和應(yīng)用

單細(xì)胞測序方法和應(yīng)用

作者：王向東
出版社：科學(xué)出版社出版時間：2021-06-01
開本： 16開 頁數(shù)： 96
中 圖 價:¥53.7(7.9折) 定價  ¥68.0 登錄后可看到會員價
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單細(xì)胞測序方法和應(yīng)用 版權(quán)信息

單細(xì)胞測序方法和應(yīng)用 內(nèi)容簡介

本書介紹了單細(xì)胞測序的操作方法，以及其在微生物學(xué)、系統(tǒng)免疫學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、生物信息學(xué)、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)中特別是呼吸內(nèi)科，腫瘤科等學(xué)科中的具體應(yīng)用，內(nèi)容包括方法設(shè)計、重復(fù)性驗證及應(yīng)用經(jīng)驗。重點突出了單細(xì)胞技術(shù)在疾病機(jī)制研究中的應(yīng)用潛力，指出探索單細(xì)胞生物學(xué)功能、表觀遺傳學(xué)、代謝學(xué)及其基因與蛋白網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等的基本路徑。 本書可供與腫瘤相關(guān)？频呐R床醫(yī)生，免疫學(xué)、微生物學(xué)、基因組學(xué)、轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)專業(yè)人員和研究生閱讀參考。

單細(xì)胞測序方法和應(yīng)用 目錄

目錄
第1章 單細(xì)胞測序在未來醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用 1
一、單細(xì)胞研究 1
二、單細(xì)胞測序的臨床應(yīng)用意義 1
三、基本操作流程 3
四、與傳統(tǒng)的基因芯片技術(shù)方法的比較 4
五、機(jī)遇與挑戰(zhàn) 5
六、小結(jié) 5
第2章 超級細(xì)胞模型在單細(xì)胞表型分類中的應(yīng)用 6
一、超級細(xì)胞模型及其發(fā)展 6
二、單細(xì)胞研究面臨的挑戰(zhàn) 6
三、超級細(xì)胞模型 9
四、實例解析：超級細(xì)胞模型在單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序中的應(yīng)用 12
五、小結(jié) 15
第3章 微生物單細(xì)胞基因組分析 17
一、微生物與非可培養(yǎng)微生物類群 17
二、單細(xì)胞基因組分析的基本方法 17
三、全基因組擴(kuò)增的技術(shù)方法 19
四、單細(xì)胞全基因組測序應(yīng)用于不可培養(yǎng)微生物的研究 21
五、小結(jié) 22
第4章 單細(xì)胞測序在動態(tài)轉(zhuǎn)錄組中的應(yīng)用 23
一、單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組動態(tài)分析的應(yīng)用價值 23
二、單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序的基本原理和步驟 24
三、用于單細(xì)胞測序的微流體裝置的開發(fā) 26
四、RNA測序方法的基本步驟 27
五、已發(fā)表的單細(xì)胞 RNA測序方法及比較 29
六、分析單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中的生物信息學(xué)挑戰(zhàn) 36
七、單細(xì)胞 RNA測序的應(yīng)用 36
八、小結(jié) 37
第5章 系統(tǒng)免疫學(xué)在樹突狀細(xì)胞代謝研究中的應(yīng)用 38
一、系統(tǒng)免疫學(xué)簡介 38
二、樹突狀細(xì)胞代謝調(diào)控的研究進(jìn)展 40
三、DC代謝調(diào)控中的系統(tǒng)免疫學(xué) 41
四、展望 42
第6章 系統(tǒng)免疫學(xué)及調(diào)節(jié)性T淋巴細(xì)胞研究 43
一、調(diào)節(jié)性T細(xì)胞概述 43
二、系統(tǒng)生物學(xué)技術(shù)在Treg領(lǐng)域的應(yīng)用 47
三、展望 51
第7章 幼淋巴細(xì)胞-淋巴細(xì)胞與生物信息學(xué) 52
一、幼淋巴細(xì)胞特性 52
二、幼淋巴細(xì)胞的蛋白組學(xué) 53
三、幼淋巴細(xì)胞的基因組學(xué) 54
四、幼淋巴細(xì)胞與白血病 56
五、白血病特異性生物標(biāo)志物 57
六、展望 57
第8章 淋巴細(xì)胞在肝癌中的作用及其治療利用 58
一、肝癌及其發(fā)病機(jī)制研究進(jìn)展 58
二、肝癌中的TIL亞群 60
三、基于TIL的肝癌治療 62
四、采用高通量技術(shù)研究肝癌淋巴細(xì)胞 64
五、肝癌中的網(wǎng)絡(luò)化調(diào)控和個體化治療 67
六、小結(jié) 67
第9章 肝細(xì)胞壞死的早期生物標(biāo)志物 69
一、肝細(xì)胞死亡 69
二、凋亡和壞死生物標(biāo)志物 70
三、微小核糖核苷酸（microRNA） 72
四、線粒體損傷生物標(biāo)志物 72
五、炎癥生物標(biāo)志物 73
六、DNA損傷生物標(biāo)志物 73
七、小結(jié) 74
第10章 基于流式細(xì)胞儀的單個細(xì)胞分選實驗步驟 75
一、單細(xì)胞的流式細(xì)胞儀分選 75
二、實驗步驟 76
三、小結(jié) 78
第11章 分離肺癌單細(xì)胞 80
一、單細(xì)胞技術(shù)和組學(xué)科學(xué) 80
二、單細(xì)胞分離技術(shù) 81
三、口吸管顯微操作試驗方案 81
四、小結(jié) 82
第12章 腫瘤生物信息學(xué) 86
第13章 單細(xì)胞異質(zhì)性檢測在腫瘤中的應(yīng)用 88
一、單細(xì)胞異質(zhì)性在腫瘤診斷及治療中的臨床意義 88
二、單細(xì)胞異質(zhì)性的檢測對象 89
三、單細(xì)胞異質(zhì)性檢測方法 92
四、小結(jié) 94
參考文獻(xiàn) 95
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單細(xì)胞測序方法和應(yīng)用 節(jié)選

第1章單細(xì)胞測序在未來醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用 近年來，單細(xì)胞研究領(lǐng)域日益受到關(guān)注，推動了各研究單位和研究型醫(yī)院單細(xì)胞測序技術(shù)的快速發(fā)展。應(yīng)用單細(xì)胞測序技術(shù)可以將單個細(xì)胞的全部基因組及轉(zhuǎn)錄組信息都完整地展示出來，這無論是對基礎(chǔ)生物研究還是對臨床研究都會產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。本章重點針對單細(xì)胞測序的意義、工作流程、與傳統(tǒng)方法（基因芯片技術(shù)）的比較、臨床應(yīng)用前景及面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)等一系列問題進(jìn)行闡述。 一、單細(xì)胞研究 1998年，96孔毛細(xì)管測序儀的誕生使測序技術(shù)有了新的突破，使相關(guān)的科學(xué)研究實現(xiàn)了本質(zhì)上的飛躍，該技術(shù)被稱為**代高通量測序。20年后，隨著現(xiàn)代科技日新月異的發(fā)展，二代測序技術(shù)悄然興起。*近5年，二代測序這個名詞在許多學(xué)術(shù)場合被不斷提及和應(yīng)用。 單細(xì)胞研究也同樣得到了廣泛關(guān)注。單細(xì)胞研究對研究者的素質(zhì)要求非常高，需要研究者對遺傳異質(zhì)性有充分的理解，并具備周密的研究計劃，所挑選的靶點細(xì)胞必須具有代表性，所選擇的研究方法也必須具有高敏感性及可重復(fù)性。 我們將重點放在單細(xì)胞研究的方法學(xué)上，特別關(guān)注了單細(xì)胞研究領(lǐng)域中測序技術(shù)的應(yīng)用。雖然單細(xì)胞測序技術(shù)目前面臨的挑戰(zhàn)及困難仍很多，但這項技術(shù)在開發(fā)新診斷方法、監(jiān)控疾病進(jìn)程、判斷預(yù)后等方面的應(yīng)用前景不容小覷。單細(xì)胞測序可以與人體功能系統(tǒng)、患者臨床表型、臨床生物信息學(xué)等多方面的信息相整合，這些領(lǐng)域中將有更加廣泛重要的應(yīng)用價值等待開發(fā)。 二、單細(xì)胞測序的臨床應(yīng)用意義 通常情況下，開展生物研究工作需要整合機(jī)體各部分的數(shù)據(jù)，包括每一個組織、細(xì)胞群所產(chǎn)生的信息，然而單細(xì)胞層面會發(fā)生很多變異，所以要想正確分析整個生物體的情況，解決如何透徹地在單細(xì)胞層面進(jìn)行研究的問題就顯得尤為重要。近年來，對單細(xì)胞研究領(lǐng)域的關(guān)注推動了單細(xì)胞測序技術(shù)的發(fā)展。一般來說，大多數(shù)進(jìn)行測序的樣本都需要至少取自105個細(xì)胞的DNA或RNA量，而單細(xì)胞測序技術(shù)的發(fā)展大大降低了所需樣本的起始量。隨著二代測序技術(shù)的逐步推廣，單個細(xì)胞的全部基因組及轉(zhuǎn)錄組信息都能夠被完整地記錄下來。 單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組是指細(xì)胞上全部RNA或RNA聚合酶Ⅱ多聚腺苷酸反應(yīng)后的產(chǎn)物所構(gòu)成的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，可以用來闡述在細(xì)胞微環(huán)境發(fā)生變化后，細(xì)胞生物學(xué)功能及表型所發(fā)生的變化。單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組研究可以證明基因表達(dá)的異質(zhì)性，闡明基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)間的互相關(guān)聯(lián)，推測腫瘤細(xì)胞分型及腫瘤干細(xì)胞的特性，驗證細(xì)胞內(nèi)的基因表達(dá)譜、信使RNA的定位、等位基因的特異性表達(dá)等。 在胚胎干細(xì)胞發(fā)育過程中，單個細(xì)胞表達(dá)的特定轉(zhuǎn)錄信息決定了其*終的發(fā)育命運，單細(xì)胞測序技術(shù)的出現(xiàn)使得研究者能夠更為深入、全面地進(jìn)行此項研究。如今，科學(xué)家們已經(jīng)成功運用單細(xì)胞測序技術(shù)檢測人體植入前胚胎細(xì)胞、個體精子細(xì)胞、單個神經(jīng)元細(xì)胞及外周血循環(huán)腫瘤細(xì)胞。 在開發(fā)疾病生物標(biāo)志物及潛在藥物治療靶點方面，單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序已經(jīng)成為重要的研究手段之一。有研究報道，通過單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序發(fā)現(xiàn)在樹突狀細(xì)胞中，炎性刺激物脂多糖可以誘導(dǎo)廣泛、毫無征兆地在mRNA表達(dá)豐度及剪接形式上發(fā)生的突變，這一結(jié)果表明自分泌或體外來源的刺激物也可以引發(fā)細(xì)胞異質(zhì)性的產(chǎn)生，這不僅顛覆了傳統(tǒng)的認(rèn)識，同時也提示或許可以研發(fā)能夠敏感特異反映細(xì)胞異質(zhì)性進(jìn)展的標(biāo)志物來監(jiān)測基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)變化，從而開發(fā)新的分子診斷及細(xì)胞療法。我們相信，未來單細(xì)胞測序結(jié)果一定會越來越多地被運用于臨床疾病特異性動態(tài)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)志物的研究。 單細(xì)胞基因組分析在癌癥發(fā)展、產(chǎn)前遺傳學(xué)診斷、人類基因組結(jié)構(gòu)等研究方面起著重要的作用，單細(xì)胞測序目前被認(rèn)為是研究小群體分化細(xì)胞、循環(huán)腫瘤細(xì)胞及組織干細(xì)胞的利器，并已被運用于檢測臨床標(biāo)本中罕見細(xì)胞的基因改變。 在腫瘤研究方面，有報道顯示，腫瘤細(xì)胞的異質(zhì)性是促進(jìn)腫瘤發(fā)展、妨礙個體化治療的影響因素之一。單細(xì)胞測序技術(shù)的出現(xiàn)可以排除非腫瘤細(xì)胞或其他亞克隆細(xì)胞對研究的干擾，幫助研究者聚焦在這些數(shù)量非常少的循環(huán)腫瘤細(xì)胞上，使研究者可以更好地了解腫瘤的發(fā)生及發(fā)展，更好地探索腫瘤細(xì)胞的異質(zhì)性現(xiàn)象，從而進(jìn)一步改善抗腫瘤療法并使個體化治療方案更加完善。 測序后的初步分析結(jié)果也可以提示下一步研究其他組學(xué)，如蛋白組學(xué)、糖組學(xué)、代謝組學(xué)的必要性。將單細(xì)胞的表觀基因組學(xué)與蛋白組學(xué)等信息進(jìn)行整合，可使研究者對單個細(xì)胞進(jìn)行深入、高通量、多層面研究。所以，單細(xì)胞測序技術(shù)的出現(xiàn)能夠幫助研究者更好地探索細(xì)胞譜系之間的關(guān)系，研究單個細(xì)胞的功能。綜合評價，如果能對感興趣的樣本先做測序的研究，單細(xì)胞測序不失為一種性價比非常高的研究方式。 第2章超級細(xì)胞模型在單細(xì)胞表型分類中的應(yīng)用 超級細(xì)胞模型是解決細(xì)胞異質(zhì)性的*佳方式。超級細(xì)胞模型是利用單細(xì)胞多維數(shù)據(jù)進(jìn)行表型分類的一種方法，具有多維性，可以代表細(xì)胞群體的整體表現(xiàn)。 一、超級細(xì)胞模型及其發(fā)展 目前，細(xì)胞異質(zhì)性被認(rèn)為是生物體適應(yīng)外環(huán)境改變的重要調(diào)節(jié)因素之一，同時，異質(zhì)性在腫瘤生長、增殖、傳播及抵抗治療中也起著同樣重要的作用。*先進(jìn)的基因組學(xué)技術(shù)可以對單細(xì)胞中的全部基因進(jìn)行檢測，但是，究竟一次檢測多少個基因完全取決于資金投入的多少及檢測者所具備的技術(shù)能力。由于數(shù)據(jù)有限，使用高維聚類程序、混合高斯模型或其他標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)分類技術(shù)來分析這些有限的高維數(shù)據(jù)集恐怕是不夠的。因此，在單細(xì)胞異質(zhì)性極高或可獲得的細(xì)胞數(shù)量極少時，如何進(jìn)行表型分類是值得探討的問題。 “超級細(xì)胞模型”，即針對細(xì)胞的突變特性對單細(xì)胞表型進(jìn)行分類的一種方法。若想預(yù)測單細(xì)胞的表型，首先要知道單細(xì)胞的規(guī)模，如運用此種方法就可以提供定量評估數(shù)據(jù)。運用不同的單細(xì)胞技術(shù)可以使超級細(xì)胞模型運用于多參數(shù)表型分類的構(gòu)建，如細(xì)胞核成像技術(shù)、多色流式細(xì)胞術(shù)等。 二、單細(xì)胞研究面臨的挑戰(zhàn) 在生物體發(fā)育過程中，會發(fā)生各種體細(xì)胞突變，這些效應(yīng)的總和導(dǎo)致了在個體中出現(xiàn)具有不同基因型的各種細(xì)胞系，這種現(xiàn)象稱為嵌合現(xiàn)象。嵌合現(xiàn)象在人體內(nèi)普遍存在，因此研究者們推測人體內(nèi)的每一個細(xì)胞是否都具有自身特異的基因譜。在這些突變中，有些是中性的，有些是對人體不利的，如體細(xì)胞突變則與機(jī)體老齡化、腫瘤發(fā)生及其他疾病息息相關(guān)；而有些則對人體非常有益，例如，大腦中廣泛存在的體細(xì)胞突變，以異倍體或者反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子插入的形式出現(xiàn)，對大腦功能的發(fā)育至關(guān)重要。 事實上，在改善診斷及治療方法方面，單細(xì)胞異質(zhì)性的存在既是挑戰(zhàn)也是難

單細(xì)胞測序方法和應(yīng)用 作者簡介

王向東，復(fù)旦大學(xué)特聘教授、復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院呼吸科特聘教授、博士生導(dǎo)師。上海市臨床生物信息學(xué)研究所所長，上海市呼吸病研究所副所長，瑞典隆德大學(xué)臨床生物信息學(xué)兼職教授、英國倫敦國王學(xué)院呼吸醫(yī)學(xué)兼職教授。兼任國際轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)學(xué)會副主席、中國醫(yī)師協(xié)會資深顧問、中國醫(yī)師協(xié)會醫(yī)師健康管理與保險專業(yè)委員會副主任委員。Clinical and Translational Medicine、Journal of Clinical Bioinformatics、Motecutnr and Cellular Therapies主編。Journal of Cellular and Molecular Medicine（IF=4.8）亞太地區(qū)主編、Expert Review of Clinical Pharmacology副主編，Journal of translational Medicine（IF=3.5）分刊主編，American Journal of Respiratory Critical and Care Medicine（IF=11）和American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology（1F=4．1）等10余種雜志編委。先后發(fā)表220余篇學(xué)術(shù)論文、其中SCI收錄170篇，影響因子累計450余分，引用次數(shù)總計1800余次，引用雜志影響因子總計5300余分。近年來，應(yīng)用蛋白組學(xué)和生物信息學(xué)技術(shù)篩選疾病特異性生物標(biāo)志物，將臨床敘述記錄、檢查、影像學(xué)和生化檢測轉(zhuǎn)變?yōu)榕R床信息學(xué)，創(chuàng)建了《臨床生物信息學(xué)雜志》。

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