2020年4月10日，深圳華大生命科學(xué)研究院、深圳國(guó)家基因庫(kù)、中國(guó)科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院、昆明理工大學(xué)靈長(zhǎng)類(lèi)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院、英國(guó)劍橋大學(xué)醫(yī)學(xué)院、廣州市華珍生物科技等聯(lián)合在BioRxiv（生物學(xué)預(yù)印本）上發(fā)表題為Single-cell atlas of a non-human primate reveals new pathogenic mechanisms of COVID-19 的研究成果。

該研究應(yīng)用華大智造自主研發(fā)的DNBelab C4便攜式單細(xì)胞系統(tǒng)對(duì)食蟹猴的主要組織器官（肺、腎臟、肝、胰腺、大腦、主動(dòng)脈、甲狀腺、腮腺和血液）進(jìn)行單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，建立了食蟹猴單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫(kù)，鑒定出44種食蟹猴的主要細(xì)胞類(lèi)型，在國(guó)際上首次完成構(gòu)建非人靈長(zhǎng)類(lèi)單細(xì)胞圖譜V 1.0。

目前在全球流行傳播的由新冠病毒（SARS-CoV-2）感染引起的新冠肺炎（COVID-19）嚴(yán)重危害了人類(lèi)健康和世界經(jīng)濟(jì)。全球科學(xué)家都在積極研發(fā)針對(duì)新型冠狀病毒的疫苗以及新冠肺炎藥物，目前已經(jīng)有部分研究進(jìn)入動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，這也是藥物和疫苗大規(guī)模用于臨床的必經(jīng)之路。

食蟹猴細(xì)胞圖譜

深圳國(guó)家基因庫(kù)高通量數(shù)字化平臺(tái)

動(dòng)物模型在研究病毒感染和發(fā)病機(jī)理、傳播途徑及藥物和疫苗評(píng)價(jià)中發(fā)揮著重要作用，這也是國(guó)務(wù)院聯(lián)防聯(lián)控機(jī)制科研攻關(guān)組部署的五大方向之一。非人靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物與人類(lèi)因在解剖生理、組織器官功能以及免疫應(yīng)答反應(yīng)等方面非常接近而成為最重要的臨床前實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型，系統(tǒng)比較人和非人在新冠病毒感染機(jī)制方面的差異對(duì)于藥物和疫苗評(píng)價(jià)等具有重要的指導(dǎo)意義。

基于上述單細(xì)胞數(shù)據(jù)庫(kù)，該研究系統(tǒng)分析了新冠病毒受體ACE2及其輔助蛋白酶TMPRSS2在食蟹猴44種細(xì)胞類(lèi)型上的表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)ACE2主要表達(dá)在肺、腎臟、肝臟的上皮細(xì)胞，而在血液和大腦皮層組織中幾乎不表達(dá)。通過(guò)對(duì)ACE2在44種細(xì)胞中表達(dá)比例的排序，發(fā)現(xiàn)了各個(gè)器官中新冠病毒易感的細(xì)胞類(lèi)型。進(jìn)一步，通過(guò)對(duì)ACE2和TMPRSS2的共表達(dá)分析以及后續(xù)的分析，發(fā)現(xiàn)肺部的一種上皮細(xì)胞club cell是ACE2和TMPRSS2雙陽(yáng)性細(xì)胞比例最高的細(xì)胞類(lèi)型，提示這種肺部上皮細(xì)胞類(lèi)型極易受到新冠病毒的侵入。

新冠病毒受體表達(dá)的組織分布

在通過(guò)與人的單細(xì)胞數(shù)據(jù)的對(duì)比分析后，發(fā)現(xiàn)ACE2在食蟹猴腎臟，肺和肝臟中各個(gè)細(xì)胞類(lèi)型的表達(dá)模式與人的相對(duì)應(yīng)的器官略有差異，提示食蟹猴對(duì)新冠病毒易感的細(xì)胞類(lèi)型與人體細(xì)胞可能會(huì)有差別，這將為新冠藥物和疫苗在非人靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物上的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)以及機(jī)制研究提供指導(dǎo)。

人猴新冠病毒受體差異比較分析

進(jìn)一步通過(guò)對(duì)ACE2表達(dá)相關(guān)性基因分析篩選，發(fā)現(xiàn)了一系列高關(guān)聯(lián)的基因，包括一些在臨床上與免疫細(xì)胞衰竭相關(guān)的藥物靶標(biāo)，這為臨床藥物治療提供了重要依據(jù)。與此同時(shí)，作者通過(guò)整合單細(xì)胞染色質(zhì)可及性(scATAC-seq)及基因表達(dá)（scRNA-seq）數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)ACE2轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)附近富集干擾素響應(yīng)順式元件（IRF1）以及STAT轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)，這可以將ACE2的表達(dá)與一些患者的嚴(yán)重免疫反應(yīng)聯(lián)系起來(lái)。特別是發(fā)現(xiàn)臨床上炎癥因子風(fēng)暴的核心炎癥因子IL-6受體IL-6R與ACE2在組織中具有共表達(dá)的規(guī)律，提示IL6與ACE2的正反饋調(diào)節(jié)作用可能是臨床上炎癥因子風(fēng)暴的重要原因。

新冠病毒感染啟動(dòng)IL-6免疫信號(hào)通路機(jī)制

文章通訊作者劉龍奇博士表示，非人靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物是當(dāng)前藥物，疫苗研發(fā)以及新冠感染機(jī)制研究最理想的動(dòng)物模型。為了加速新冠相關(guān)的科研攻關(guān)，我們率先公開(kāi)第一批非人靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物單細(xì)胞圖譜，覆蓋了病毒易感的主要器官類(lèi)型，并與相應(yīng)的人體細(xì)胞圖譜進(jìn)行了系統(tǒng)比較，發(fā)現(xiàn)了人和猴在受體表達(dá)上的一致性和差異性，這將為新冠病毒相關(guān)的臨床前研究提供重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

為積極應(yīng)對(duì)新冠疫情在全球的爆發(fā)，華大不僅在抗疫一線持續(xù)輸出自己的力量而且在新冠病理機(jī)制研究上快速跟進(jìn)。本研究基于華大智造自主研發(fā)的便攜式單細(xì)胞系統(tǒng)（DNBelab C4）和高通量測(cè)序儀的協(xié)助下進(jìn)行大規(guī)模，高效，低費(fèi)和高質(zhì)量的單細(xì)胞建庫(kù)、測(cè)序，首次構(gòu)建非人靈長(zhǎng)類(lèi)轉(zhuǎn)錄組單細(xì)胞圖譜V1.0，研發(fā)團(tuán)隊(duì)將對(duì)該圖譜進(jìn)行持續(xù)更新，以構(gòu)建更完整的非人靈長(zhǎng)類(lèi)多組學(xué)單細(xì)胞圖譜。

華大智造DNBelab C4便攜式單細(xì)胞系統(tǒng)

DNBelab C4便攜式單細(xì)胞系統(tǒng)被稱(chēng)為 "可裝進(jìn)口袋的單細(xì)胞實(shí)驗(yàn)室"，這款裝置是華大智造在2019年國(guó)際基因組學(xué)大會(huì)（ICG-14）上發(fā)布的新品，整機(jī)僅220余克，無(wú)需電源，操作簡(jiǎn)便，在“掌上”完成單細(xì)胞barcoding。搭配華大智造系列基因測(cè)序儀及單細(xì)胞分析軟件，可高效便捷地完成單細(xì)胞分析全流程，為單細(xì)胞研究注入了新動(dòng)力。

華大智造DNBelab C4便攜式單細(xì)胞系統(tǒng)

DNBelab C系列細(xì)胞組學(xué)整體解決方法