网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

Adv Sci|张云鹏团队整合56万余单细胞,绘制七类代谢疾病模块化代谢重塑图谱并挖掘潜在治疗靶点

0
分享至


代谢性疾病(metabolic diseases, MDs)包括肥胖、2型糖尿病(T2D)、妊娠期糖尿病(GDM)、动脉粥样硬化、痛风、代谢功能障碍相关脂肪性肝病/代谢功能障碍相关脂肪性肝炎(MASLD/MASH)以及骨质疏松等,是当前全球疾病负担持续升高的重要来源1】。这些疾病虽然发生在不同器官和组织中,但往往都与能量代谢紊乱、脂质代谢异常、氧化应激和慢性炎症密切相关【2】。然而,既往研究多聚焦于单一疾病或单条代谢通路,难以解释不同代谢疾病之间为何常常共病,以及不同细胞类型如何通过共同的代谢程序和细胞间通讯共同推动疾病进展。近年来,单细胞转录组技术的发展为解析复杂疾病中的细胞异质性和状态转换提供了重要工具3】。然而,不同代谢通路与代谢疾病临床意义之间的关联仍不明确。

近日,哈尔滨医科大学张云鹏教授团队在AdvancedScience在线发表了题为AnIntegrative Strategy Delineates Modular Metabolic Remodeling and Potential Therapeutic Targets Across MetabolicDiseases的研究文章。研究团队构建了七类人类代谢疾病的单细胞代谢图谱,并通过RankAve整合评分、代谢模块分析及转录调控网络构建,系统揭示了代谢疾病中共享与特异的代谢重编程机制及潜在治疗靶点


该研究系统整合GEO数据库中肥胖、2型糖尿病(T2D)、妊娠期糖尿病(GDM)、动脉粥样硬化、痛风、代谢功能障碍相关脂肪性肝病/代谢功能障碍相关脂肪性肝炎(MASLD/MASH)以及骨质疏松七类代谢疾病的单细胞转录组数据,构建人类代谢疾病单细胞图谱。最终整合获得562,699个高质量细胞,覆盖86名患者,并注释为28种主要细胞类型。尽管样本来源涵盖血液、脂肪组织、胎盘和动脉粥样硬化斑块等不同组织环境,整合图谱仍能揭示共享细胞群体中的疾病相关组成变化。例如,T2D中CD8+细胞毒性T细胞、NK细胞和浆细胞样树突状细胞增加,GDM中巨噬细胞富集,而内皮细胞更偏向对照组织,提示代谢疾病进展伴随免疫和基质细胞重塑。

为稳健评估代谢活性,研究同时采用AddModuleScore、AUCell、UCell、GSVA和ssGSEA五种基因集评分方法,并设计十种数学整合策略进行比较。通过相关性一致性、随机抽样稳健性和bootstrap稳定性评估,RankAve表现出最佳综合性能,并在单细胞和bulk转录组中均具有较好稳定性。基于RankAve评分,研究识别出89条在疾病状态中稳定富集的代谢通路。其中,动脉粥样硬化以谷胱甘肽代谢最突出,提示氧化还原稳态参与血管炎症和斑块进展;GDM以活性氧解毒通路为主,符合氧化应激参与胰岛素抵抗和胎盘功能障碍的机制;痛风中硒代氨基酸代谢突出;MASLD/MASH中磷脂酰肌醇信号通路排名靠前;肥胖与酪氨酸代谢增强相关;骨质疏松与C3类代谢型谷氨酸受体相关通路联系紧密;T2D中葡萄糖代谢位居首位,直接对应其核心病理基础。

考虑到代谢疾病通常由多条通路协同驱动,研究将89条疾病富集通路在患者层面进行伪bulk汇总,并利用WGCNA构建代谢通路协同网络,最终划分出15个代谢模块(Metabolic module, MM)。MM01以内含肌醇磷酸代谢为核心,指向营养感知和能量稳态;MM02以氨基酸及其衍生物代谢为主,并连接硒代氨基酸代谢和RNA代谢,提示代谢-转录耦合程序;MM15包含通路最多,核心贡献来自亚油酸代谢,反映脂质失衡、脂肪生成和炎症反应。疾病层面,GDM涉及9个模块,提示最广泛的代谢重编程;MASLD/MASH和痛风分别偏向MM01和MM02;T2D患者则表现出明显异质性。细胞层面,多数模块在巨噬细胞、上皮细胞和增殖细胞中得分较高,提示不同细胞群可通过特定代谢模块参与炎症微环境塑造。

为解析上游调控,研究进一步筛选代谢疾病相关转录因子,最终获得479个高置信度TF。其中,七类疾病共享17个核心TF,提示存在共同转录调控基础;同时,各疾病仍具有特异性调控特征。例如,痛风相关MM02中MYC、NPM1和GABPA与模块活性强相关,并主要在B细胞和T细胞中表达;动脉粥样硬化相关MM11中NFIA和AHR在内皮细胞、成纤维细胞、巨噬细胞和肥大细胞中较高表达;骨质疏松相关MM15涉及ZNF217、RARG、HDAC9和JUND等因子,形成“共享核心+疾病特异外壳”的调控结构。

细胞间通讯分析进一步将代谢模块与配体-受体(L-R)信号连接。研究利用CellChat推断显著互作,并整合TF-L-R-MM关系,构建跨细胞类型调控网络。结果显示,免疫细胞在七类疾病通讯网络中持续处于核心位置。STAT家族、RELA和NFKB1广泛参与多个模块调控,而STAT6在MM08中相对特异,并与CCL5-CCR3等免疫信号轴相关。APP-CD74轴在T2D、痛风和动脉粥样硬化中反复出现;MASLD/MASH和肥胖共享AR、ESR1等激素响应相关TF;骨质疏松中CXCL12-CXCR4轴增强,提示内皮-免疫互作参与骨微环境异常。

最后,研究基于Drug2cell、ChEMBL和分子对接,对配体、受体和TF进行可药物性排序,共鉴定63个潜在治疗靶点,包括23个受体、25个配体和16个TF。分子对接提示CXCR4-plerixafor、HIF1A-ciclopirox olamine、NFE2L2-retinol、IGF1R-entrectinib和FPR1-penicillin G potassium等组合具有潜在结合优势,仍需后续实验和临床研究验证。研究还开发了scMetabolismExplorer平台,为代谢模块、转录调控、细胞通讯和候选靶点探索提供交互式资源。


综上所述,这项研究提出了一个系统性框架,将七类代谢疾病中的单细胞转录组、代谢通路活性、模块化重塑、转录调控、细胞间通讯和药物靶点发现连接起来,为理解代谢疾病异质性、共病机制和免疫-代谢互作提供了新的系统生物学视角,也为未来开展机制验证、标志物开发和靶向干预提供了重要资源。

原文链接:https://doi.org/10.1002/advs.76250

资源链接https://scmetabolismexplorer.shinyapps.io/shiny/

制版人:十一

参考文献

1. H. Zhang, X.-D. Zhou, M. D. Shapiro, et al., “Global Burden of Metabolic Diseases, 1990–2021,”Metabolism160 (2024): 155999.

2. H. Katagiri, “Inter-Organ Communication Involved in Metabolic Regulation at the Whole-Body Level,”Inflammation and Regeneration43(2023): 60.

3. A. A. Kolodziejczyk, J. K. Kim, V. Svensson, J. C. Marioni, andS. A. Teichmann, “The Technology and Biology of Single-Cell RNA Sequencing,”Molecular Cell58 (2015): 610–620.

BioArt

Med

Plants

人才招聘

学术合作组织

(*排名不分先后)


转载须知

【非原创文章】本文著作权归文章作者所有,欢迎个人转发分享,未经作者的允许禁止转载,作者拥有所有法定权利,违者必究。


特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
中产阶层陨落的必然:房子不值钱,贷款还不起,养娃压力大,中年就失业

中产阶层陨落的必然:房子不值钱,贷款还不起,养娃压力大,中年就失业

舒山有鹿
2026-08-02 11:28:04
很多人爱吃,竟然是假的!上海多家热门餐饮店被曝光,网友热议

很多人爱吃,竟然是假的!上海多家热门餐饮店被曝光,网友热议

上观新闻
2026-08-02 13:57:09
再看《人世间》才明白:男人迷恋你外表最多两年,迷恋你贤惠顶多四年,真正能让他一生宠你护你的,是这两种通透的硬气

再看《人世间》才明白:男人迷恋你外表最多两年,迷恋你贤惠顶多四年,真正能让他一生宠你护你的,是这两种通透的硬气

心理观察局
2026-08-03 06:26:11
湖北武汉一老字号餐饮店遭男子打砸,现场一片狼藉,玻璃渣和各类物品散落一地,涉事门店确认情况属实,当地派出所称情况不便透露

湖北武汉一老字号餐饮店遭男子打砸,现场一片狼藉,玻璃渣和各类物品散落一地,涉事门店确认情况属实,当地派出所称情况不便透露

潇湘晨报
2026-08-02 18:14:12
深圳电动车违法纳入征信,宝安区已录入50人

深圳电动车违法纳入征信,宝安区已录入50人

IT之家
2026-08-02 18:06:09
张柏芝现身北京赶场,路人拍下生图流出,金饰堆得满身都是,脖子一转全是褶子

张柏芝现身北京赶场,路人拍下生图流出,金饰堆得满身都是,脖子一转全是褶子

陈意小可爱
2026-08-01 09:42:32
华为半导体首席科学家罕见露面,大赞梁文锋

华为半导体首席科学家罕见露面,大赞梁文锋

深蓝财经
2026-08-02 19:11:34
美欧的动作让普京意识到:俄退无可退,想保住国家只剩最后一条路

美欧的动作让普京意识到:俄退无可退,想保住国家只剩最后一条路

青途历史
2026-08-03 05:03:28
弗兰·冈萨雷斯告别皇马:对所有人表示感谢,很自豪曾是皇马一员

弗兰·冈萨雷斯告别皇马:对所有人表示感谢,很自豪曾是皇马一员

云隐南山
2026-08-03 06:25:03
北航教授7小时硬刚耿洪伟:打假神话能否续写?

北航教授7小时硬刚耿洪伟:打假神话能否续写?

呼呼历史论
2026-08-02 00:13:59
上海大师赛收官奖金排名:小特夺冠191万,墨菲32万第5丁俊晖第10

上海大师赛收官奖金排名:小特夺冠191万,墨菲32万第5丁俊晖第10

求球不落谛
2026-08-03 05:40:40
山东大师王兴夫被抓捕归案,99名女徒弟揭露内幕,真相让人意外

山东大师王兴夫被抓捕归案,99名女徒弟揭露内幕,真相让人意外

诡谲怪谈
2025-03-25 17:25:18
哪一瞬间你秒懂了别人的暗示?网友:男友给我上了第一节社会课

哪一瞬间你秒懂了别人的暗示?网友:男友给我上了第一节社会课

另子维爱读史
2026-08-01 21:16:32
美国、日本,罕见“救市”!

美国、日本,罕见“救市”!

数据宝
2026-08-02 18:31:15
新冠再次爆发?可能不发烧!医生:出现6个症状,别犹豫赶紧就医

新冠再次爆发?可能不发烧!医生:出现6个症状,别犹豫赶紧就医

叙说医疗健康
2026-07-30 07:00:29
为什么越南女人嫁到中国之后全部跑光了,越南女孩说出了真相?

为什么越南女人嫁到中国之后全部跑光了,越南女孩说出了真相?

小影的娱乐
2026-08-02 11:24:49
冲击亚冠名额?郑智:目标是保级;赛季还很长,需要慢慢来

冲击亚冠名额?郑智:目标是保级;赛季还很长,需要慢慢来

懂球帝
2026-08-02 21:55:12
1973年,美军上将范佛里特痛失爱子于朝鲜战场。时隔二十载,他专程致电昔日对手韩先楚,轻声开口:我此行,只想弄清一个答案!

1973年,美军上将范佛里特痛失爱子于朝鲜战场。时隔二十载,他专程致电昔日对手韩先楚,轻声开口:我此行,只想弄清一个答案!

唠叨说历史
2026-07-30 17:36:57
24小时卖命、浴缸陪睡、洗内裤接口水,多位助理"反水"曝特殊服务

24小时卖命、浴缸陪睡、洗内裤接口水,多位助理"反水"曝特殊服务

北纬的咖啡豆
2026-07-29 16:35:02
从史上最蠢交易到教科书式止损,哈里森只用了一年就完成口碑反转

从史上最蠢交易到教科书式止损,哈里森只用了一年就完成口碑反转

篮球小布丁
2026-08-02 21:13:41
2026-08-03 07:23:00
BioArtMED
BioArtMED
BioArt旗下科普媒体
5389文章数 2468关注度
往期回顾 全部

科技要闻

零跑月销10万破纪录!比亚迪奇瑞海外卖爆

头条要闻

52岁中国登山家王钟确认遇难 遗体被雪崩冲到千米之下

头条要闻

52岁中国登山家王钟确认遇难 遗体被雪崩冲到千米之下

体育要闻

常规赛MVP可以衡量常规赛成就吗?

娱乐要闻

徐克和多位港星送别施南生

财经要闻

央行:继续实施好适度宽松的货币政策

汽车要闻

历史性里程碑时刻 零跑7月交付达101267台

态度原创

家居
游戏
教育
手机
公开课

家居要闻

2026建博会(广州) 公装联探展交流活动

《异度之刃2》NS2版震惊老玩家 提升惊人

教育要闻

突发!南京今天一民办通知游园,插班考?

手机要闻

OPPO Find X10系列入网,或9月下旬发布

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

无障碍浏览 进入关怀版