心脏在心力衰竭和恢复过程中的单细胞分析

心脏在心力衰竭和恢复过程中的单细胞分析 by 单细胞天地

文章概述

文章标题：《Single-cell reconstruction of the adult human heart during heart failure and recovery reveals the cellular landscape underlying cardiac function》

发表日期和杂志：2020年发表在Nature Cell Biology 上

在线阅读链接：https://doi.org/10.1038/s41556-019-0446-7

单细胞实验设计

选用来自正常、衰竭和部分恢复(左心室辅助装置治疗)的成年人心脏的21,422个单细胞(包括心肌细胞(CMs)和非心肌细胞(ncm))进行转录组分析。

单细胞转录组数据情况

数据链接是：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc=GSE139829

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc=GSE109816

可以看到分别是8个样品和12个样品：

#GSE139829
GSM3449613 C1
GSM3449614 C2
GSM3449615 D1
GSM3449616 D2
GSM3449617 D5
GSM3449618 D4
GSM3449619 N13
GSM3449620 N14

#GSE109816
GSM2970358 N2_LV
GSM2970359 N6_LA
GSM2970360 N5_LV
GSM2970361 N1_LV
GSM2970362 N3_LV
GSM2970363 N10_LA
GSM2970364 N11_LA
GSM2970365 N9_LA
GSM2970366 N4_LV
GSM2970367 N12_LA
GSM2970368 N8_LA
GSM2970369 N7_LA

注：LV——left ventricle(左心室)；LA——left auricle/left atrial appendage(左心房/左心房附属物)

作者给出来的数据是txt.gz单细胞的数据格式，读取方式略微有些不同：

以GSE139829为例读取需要的数据：

#加载R包读取数据
library(Seurat)
library(ggplot2)
library(clustree)
library(cowplot)
library(dplyr)

###### step1:导入数据 ######     
library(data.table)
ct=fread( 'GSE121893_human_heart_sc_umi.csv.gz',data.table = F)
ct[1:4,1:4]
rownames(ct)=ct[,1]
ct=ct[,-1]
sce.all=CreateSeuratObject(counts =  ct  )

as.data.frame(sce.all@assays$RNA@counts[1:10, 1:2])
head(sce.all@meta.data, 10)
table(sce.all@meta.data$orig.ident) 
   
library(stringr)
phe=fread('GSE121893_human_heart_sc_info.txt.gz',data.table = F)
head(phe)
table(phe$Individual)
sce.all@meta.data$orig.ident=phe$Individual
table(sce.all@meta.data$orig.ident)

sce.all@meta.data$group = phe$Type
table(sce.all@meta.data$group)
table(sce.all@meta.data$group)

后面就是标准分析啦,对读取进来的数据进行质控、harmony整合以及细分亚群等。

第一层次降维聚类分群

从数据集的介绍可以发现，在心脏数据集分析时主要会对心肌细胞、成纤维细胞和内皮细胞进行亚群细分。我们通过BioinfoArk提供的中国区chatGPT查询到各个细分亚群的解释：

心肌细胞（Cardiomyocytes）：心肌细胞是心脏中最重要的细胞类型，负责心脏的收缩和泵血功能。根据功能和表达特征的差异，心肌细胞可以分为多个亚群，包括心房肌细胞（Atrial Myocytes）和心室肌细胞（Ventricular Myocytes）等。

成纤维细胞（Fibroblasts）：成纤维细胞是心脏中的一种非心肌细胞，主要负责合成和分泌胶原蛋白等细胞外基质成分，参与心脏组织的结构支持和修复。成纤维细胞在心脏病理过程中也扮演着重要的角色。

内皮细胞（Endothelial Cells）：内皮细胞是心脏血管内壁的主要细胞类型，形成血管内膜。内皮细胞具有调节血管张力、维持血管通透性和参与炎症反应等功能。根据位置和功能的差异，内皮细胞可以分为心内皮细胞（Cardiac Endothelial Cells）和血管内皮细胞（Vascular Endothelial Cells）等亚群。

心脏组织中的细胞类型非常复杂，除了上述提到的主要细胞类型外，还存在其他细胞类型，如心肌间质细胞（Cardiac Interstitial Cells）、免疫细胞（Immune Cells）等。对心脏细胞亚群的分类和研究有助于深入了解心脏的结构和功能，并为心脏疾病的治疗和干预提供理论基础。

文章中使用t分布随机相邻嵌入(t-SNE)对从LA和LV分离的7,495个单细胞进行降维聚类分析

文章中给出来的分群主要是：