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听力与语言是人类相互交流和认识世界的重要手段，然而，耳病和听力障碍的阴霾却袭扰着人类。据世界卫生组织估算，全世界有轻度听力损失者近6亿，中度以上的听力损失者2.5亿。我国有听力障碍残疾人2057万，居各类残疾之首，占全国人口的16.79‰。
耳朵由外耳、中耳和内耳3部分构成，从外耳至内耳结构的复杂程度越来越高。外耳由耳廓、外耳道和鼓膜3部分组成。中耳(ME)是连接内耳和外耳的一个由骨包裹、充满空气的腔体。鼓膜的外部是三个小听骨，它们将声音振动从鼓膜传递到耳蜗。它通过咽鼓管连接到鼻咽，它提供间歇通气和压力释放，以及通过睫状体活动进行清除。ME是一种常见的感染部位，尤其是儿童。内耳分为骨迷路与膜迷路，骨迷路指颞骨岩部骨密质围城的不规则腔隙，分为骨半规管、前庭和耳蜗三部分。它们依次互相连通，大致沿颞骨岩部的长轴由后外侧向前内侧排列；膜迷路是套在骨迷路内封闭的膜性管和囊，借纤维束固定于骨迷路的壁上。由椭圆囊和球囊、膜半规管、蜗管3部分组成。它们之间相连通，其内充满着内淋巴。
耳朵结构示意图(图片来源于网络)
本文将对单细胞测序技术在耳朵研究中进展进行分享，一起来看下吧~
内耳相关
单细胞解释新生儿内耳感觉器官的细胞复杂性
【发表期刊】：Nature Communications
【影响因子】：11.3
【研究背景】：在内耳，耳蜗和前庭感觉上皮利用非常相似的细胞类型来转导不同的刺激：声音和加速度。根据生理和解剖标准，每一个感觉上皮细胞都是由高度异质的细胞群组成的。然而，每种细胞类型的有限数量阻碍了转录表征。
【研究结果】：作者从新生小鼠的胚囊和耳蜗感觉上皮细胞中生成了301个单细胞的转录组。聚类分析表明，每一种主要的感觉上皮细胞类型都有不同的特征，以及不太明显的亚群。胞囊内的不同步性允许重建细胞类型特异性分化的时间进程，并提示在感觉-非感觉边界上细胞之间可能的可塑性。胞体和耳蜗细胞类型的比较表明，尽管来源相同，听觉细胞和前庭细胞之间存在差异。这些结果为形成独特的内耳细胞类型的发育过程提供了重要的见解。
单细胞揭示内耳感觉神经元的多样性的范围、性质和起源
【发表期刊】：Cell
【影响因子】：31.398
【研究背景】：在听觉系统中，I型螺旋神经节神经元(SGNs)将复杂的声学信息从内毛细胞(IHCs)传递到脑干。尽管SGN在生理和解剖特性上存在差异，但尚不清楚哪些特征是内源性的，哪些反映了突触的输入。
【研究结果】：利用单细胞RNA测序，作者获得了小鼠I型SGNs的分子分类，包括三种亚型，它们表达Ca2+结合蛋白、离子通道调节因子、引导分子和转录因子的独特组合。基于对年龄损失相关的连通性和易感性，这些亚型与生理学上定义的亚型相对应。亚型之间和音位轴之间的其他内在差异突出了SGN在听觉处理中的意外积极作用。SGN在出生后出现，并在缺乏IHC驱动活动的耳聋小鼠模型中被破坏。这些结果阐明了SGN多样性的范围、性质和起源，对先天性耳聋的治疗具有意义。
噪声性听力损失前后小鼠内耳细胞特异性的分子格局
【发表期刊】：Cell Reports
【影响因子】：8
【研究结果】：噪声性听力损失(NIHL)是内耳感觉细胞损伤、内耳侧壁功能障碍、1C型螺旋神经节神经元轴突收缩和免疫反应激活的复杂相互作用的结果。作者使用RiboTag和单细胞RNA测序来调查噪声损伤前后小鼠内耳细胞类型特异性的分子格局。作者鉴定了转录因子STAT3和IRF7的诱导以及所有细胞类型的免疫相关基因。然而，细胞类型特异性的转录组变化主导着这种反应。ATF3/ATF4应激反应通路在1A型噪声抗压神经元中被强烈诱导，外壁钾转运基因下调，外毛细胞mRNA代谢基因下调，大多数细胞类型中耳聋相关基因下调。该转录组资源可通过基因表达分析资源(gEAR;https://umgear.org/NIHL)，并为合理开发预防和治疗NIHL的药物提供了蓝图。
单细胞转录组学研究内耳感觉细胞和非感觉细胞的时空动态
【发表期刊】：Cell Reports
【影响因子】：8
【研究背景】：胞囊是前庭感觉器官，在新生小鼠中，新的毛细胞来源于非感觉支持细胞，但细胞类型多样性和细胞增殖机制仍不清楚。
【研究结果】：作者对单细胞转录组进行分析，以对细胞类型进行分类，得到14个的感觉和非感觉亚群。沿着感觉上皮的外周，以Islr、 Cnmd和Enpep的表达为标志，作者发现了不同的移行上皮细胞群。通过重建新生轨迹和基因动态，随着胞囊扩张，Islr+移行上皮细胞表现出动态增殖阶段，以产生新的支持细胞，随后协调分化为毛细胞。综上，研究揭示了非感觉上皮细胞促进出生后小鼠感觉上皮细胞生长的顺序和协调过程。
中耳相关
正常小鼠中耳的单细胞免疫图谱
【研究结果】：
对中耳的6770个单细胞转录组进行聚类分析，确定了17个细胞簇，对应于不同的细胞类型：5个上皮细胞簇，3个基质细胞簇，3个淋巴细胞簇，2个单核细胞簇，2个内皮细胞簇，1个周细胞簇和1个黑素细胞簇。在静息的中耳黏膜中，细胞的多样性出乎意料。作者评估了所有细胞类型中先天免疫基因的表达，以评估对中耳感染的快速反应的潜力。常驻单核细胞/巨噬细胞表达的这类基因最多，包括病原体受体、细胞因子、趋化因子和趋化因子受体。其他细胞类型显示出不同的先天免疫基因图谱。
上皮细胞优先表达病原体受体、杀菌肽和粘蛋白。基质细胞和内皮细胞表达病原体受体。周细胞表达促炎细胞因子。淋巴细胞表达趋化因子受体和抗菌素。结果表明，组织单核细胞，包括巨噬细胞，是对感染的直接中耳反应的主要调节者，但实际上所有类型的细胞都协同行动，对病原体发起防御。
急性中耳炎的单细胞免疫图谱
【研究背景】：急性中耳炎(AOM)发展的分子机制，以及AOM多细胞生态系统中的细胞间串扰，还尚不清楚。
【研究方法】：建立大鼠AOM模型(以正常大鼠为对照)，对中耳黏膜(MEM)进行单细胞RNA测序(scRNA-seq)。使用R软件中的Seurat和Monocle 2进行细胞聚类和轨迹分析。途径分析采用基因集富集分析(GSEA)。细胞与细胞之间的相互作用由CellChat推断。计算细胞分数以识别具有双重特征的细胞。
【研究结果】：从3个炎症MEM样本中提取7023个细胞，从3个健康MEM样本中提取5258个细胞进行scRNA-seq，鉴定出20个细胞簇，属于8种主要细胞类型。暴露于脂多糖后，MEM发生了显著的细胞类型转换，其特征是巨噬细胞和中性粒细胞的快速浸润。M2巨噬细胞似乎在炎性细胞间的相互作用中起着关键作用，这种相互作用促进了巨噬细胞的维持和增殖、细胞趋化性以及调节细胞因子的促炎活性。还鉴定出三种罕见的具有吞噬相关双重特征的细胞簇。它们与MEM中的专业吞噬细胞共存，通过维持正常的免疫微环境或影响炎症进展，表现出不同的免疫调节功能。
总之，为保护儿童听力健康，对耳部的研究势在必行，单细胞测序在单细胞水平去研究细胞间的异质性，解析细胞间更加细微的差异，以更高的分辨率揭示个体的发育及疾病机制，一定会为耳朵的疾病研究和免疫治疗提供多维度的见解。
参考文献
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[2]Allen F Ryan, Chanond A Nasamran , Kwang Pak，et al.Single-Cell Transcriptomes Reveal a Complex Cellular Landscape in the Middle Ear and Differential Capacities for Acute Response to Infection.Front Genet. 2020 Apr 15;11:358.
[3]Yufang Rao, Dalin Zhong, Ke Qiu ,et al. Single-Cell Transcriptome Profiling Identifies Phagocytosis-Related Dual-Feature Cells in A Model of Acute Otitis Media in Rats.Front Immunol. 2021 Oct 25;12:760954.
[4]Joseph C Burns, Michael C Kelly, Michael Hoa, et al.Single-cell RNA-Seq resolves cellular complexity in sensory organs from the neonatal inner ear.Nat Commun. 2015 Oct 15;6:8557. doi: 10.1038/ncomms9557.
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[6]Beatrice Milon , Eldad D Shulman , Kathy S So, et al. A cell-type-specific atlas of the inner ear transcriptional response to acoustic trauma.Cell Rep. 2021 Sep 28;36(13):109758. doi: 10.1016/j.celrep.2021.109758.
[7]Taha A Jan, Yasmin Eltawil , Angela H Ling ,et al. Spatiotemporal dynamics of inner ear sensory and non-sensory cells revealed by single-cell transcriptomics. Cell Rep. 2021 Jul 13;36(2):109358. doi: 10.1016/j.celrep.2021.109358.
供稿：市场支持中心
审核：市场支持中心
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发表于 2023-3-4 08:15:41
