编辑推荐：
研究人员针对 scRNA-seq 数据血液污染问题，开发 Originator 工具分离免疫细胞，提升数据质量。
在生命科学研究中，单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）技术为探索复杂组织的细胞奥秘打开了一扇窗。然而，在对复杂（如胎盘）或天然混合（如肿瘤）组织进行 scRNA-seq 数据分析时，却遇到了大麻烦。很多组织里都有血管，这就导致 scRNA-seq 数据常常混入血细胞，这些血细胞和组织中固有细胞的表达谱极为相似。在肿瘤研究里，准确区分肿瘤组织中的血液免疫细胞和组织驻留免疫细胞，对了解肿瘤微环境至关重要；在胎盘组织研究中，分离母体和胎儿细胞对于揭示两者之间的细胞和免疫差异也很关键。但目前却没有专门的工具来解决这个问题，这就像在航海时没有精准的导航仪，研究人员迫切需要一个有效的方法来提升数据质量，为后续研究铺平道路。
为此，美国密歇根大学（University of Michigan）的研究人员开展了一项研究，旨在开发一种新的计算框架，解决 scRNA-seq 数据的血液污染问题，并能区分不同遗传背景的细胞。他们的研究成果发表在《Genome Biology》上，为该领域带来了新的曙光。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：一是利用多种公开的 scRNA-seq 数据集，涵盖肝脏、肺、胰腺、肾脏等多种器官的正常和肿瘤组织样本，以及胎盘组织样本等；二是采用 Originator 多模块框架，该框架基于组织与血液的差异以及遗传信息，对 scRNA-seq 数据进行预处理；三是借助 freemuxlet、Seurat 等工具和相关算法，进行细胞遗传起源的分离和免疫细胞的分类 。
下面来看看具体的研究结果：
- Originator 框架的原理与流程：Originator 框架先对细胞进行标准的 scRNA-seq 预处理，包括质量控制（QC）、归一化、数据整合、聚类和细胞类型注释。接着，利用 scRNA-seq 读取的基因型信息差异，通过 freemuxlet 分离具有不同遗传起源的细胞。然后，以公开的全血 scRNA-seq 数据为参考，将免疫细胞按血液和组织驻留环境进行分离。经过这一系列操作后，就可以进行各种下游功能分析。
- Originator 框架的性能验证：研究人员利用人工混合数据和真实数据集对 Originator 进行验证。在人工混合数据中，他们先去除 PBMC 和乳腺癌细胞系之间的批次效应，再用 Originator 进行分离，结果显示其分离效果极佳，AUC 达到 0.96，F-1 分数为 0.97，精度召回曲线下面积（AUCPR）为 0.96。在 Krishna 等人的数据集上，对 ccRCC 组织和 PBMC 进行处理，Originator 在去除血液污染方面表现出色，对 B 细胞、CD4 T 细胞、CD8 T 细胞和 NK 细胞的平均 F 分数分别达到 0.98、0.93、0.91 和 0.99 。
- 血液免疫细胞在组织样本中的普遍存在：应用 Originator 对多个公开的 scRNA-seq 数据集分析发现，大多数组织样本中的免疫细胞主要来自血液，而非组织微环境。这一结果表明，如果不去除这些血液免疫细胞，可能会导致研究结果出现偏差。
- 血液免疫细胞污染对下游分析的影响：以胰腺导管腺癌（PDAC）的 scRNA-seq 数据集为例，Originator 成功分离出血液和肿瘤组织中的免疫细胞。通过差异表达（DE）分析发现，血液和肿瘤组织中的免疫细胞在基因表达上存在显著差异。例如，肿瘤组织中 T 细胞的 CCL4 和 CCL5 表达更高。基因集富集分析（GSEA）显示，Toll 样受体（TLR）信号通路和 NOD 样受体信号通路在组织驻留 T 细胞和巨噬细胞中更活跃，而自然杀伤细胞介导的细胞毒性信号通路在肿瘤 NK 细胞中下调。此外，去除血液免疫细胞后，肿瘤组织中细胞间通讯（CCC）也发生了变化，MIF 信号通路相关的细胞间相互作用明显减弱，这表明血液免疫细胞污染会对肿瘤组织的功能解读产生重要影响。
- 胎盘组织中细胞的分离与分析：研究人员将 Originator 应用于胎盘组织，成功分离出胎儿和母体来源的细胞以及血液和胎盘驻留细胞。通过分析发现，胎儿来源的细胞占大多数，并且框架能正确地将滋养层细胞分配到胎儿组织。对胎儿和母体组织中常见细胞类型的 DE 分析和 GSEA 发现，两者在基因表达和信号通路富集方面存在显著差异，细胞间通讯也有所不同，这有助于深入了解胎盘的分子机制。
研究结论和讨论部分指出，Originator 是首个专门用于解读异质组织中 scRNA-seq 数据的系统工具，它能够有效去除 scRNA-seq 数据中不需要的血细胞，还能基于遗传背景提供更准确的细胞类型注释和下游功能分析。未来，研究人员将致力于构建无血液污染免疫细胞的泛组织免疫细胞图谱，以便更真实地注释目标组织中的驻留免疫细胞。这一研究成果为生命科学和健康医学领域的研究提供了有力的工具，有望推动相关领域的进一步发展，帮助人们更好地理解疾病机制，为疾病的诊断和治疗提供新的思路和方法。
