期刊：Cell?Reports
影響因子：9.995
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導(dǎo)語
與哺乳動物不同，鳥類發(fā)生耳聾后可以自發(fā)愈合，是內(nèi)耳再生的理想模型。從組織結(jié)構(gòu)上講，鳥類的聽覺器官是基底乳突，與哺乳動物類同。基底乳突位于鳥類耳蝸管中，含有與支持細(xì)胞交叉的聽覺毛細(xì)胞。鳥類耳蝸管中含有兩類毛細(xì)胞：高毛細(xì)胞、矮毛細(xì)胞，高毛細(xì)胞位于聽神經(jīng)節(jié)上方的纖維軟骨板上，即基底乳突的內(nèi)側(cè)/神經(jīng)側(cè)，短毛細(xì)胞位于基底膜上方的上皮中，橫跨下纖維軟骨板，即外側(cè)/神經(jīng)異常側(cè)。毛細(xì)胞的分布與耳聾的治愈密切相關(guān)，但哺乳動物中鮮少發(fā)生毛細(xì)胞的再生。
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科學(xué)問題
毛細(xì)胞的再生與耳聾治愈密切相關(guān)，哺乳動物中卻鮮少發(fā)生，支持細(xì)胞為毛細(xì)胞提供支撐，但支持細(xì)胞的marker基因和亞型仍無研究。
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研究技術(shù)
10X?單細(xì)胞RNA測序、RNA原位雜交
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研究內(nèi)容
為了闡明鳥類耳聾治愈過程中毛細(xì)胞再生與重排的分子機制，作者采用單細(xì)胞測序技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了三類聽覺毛細(xì)胞：高毛細(xì)胞、矮毛細(xì)胞、高級毛細(xì)胞，及三類毛細(xì)胞的marker基因。發(fā)現(xiàn)了支持給類毛細(xì)胞的支持細(xì)胞marker基因及功能。并鑒定了毛細(xì)胞基因沿耳蝸軸的分布，為與非再生哺乳動物耳蝸的比較研究和再生鳥類耳蝸的縱向研究提供了基礎(chǔ)。
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研究路線圖
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研究結(jié)果
1.?雞耳蝸感覺上皮細(xì)胞的單細(xì)胞圖譜
從組織學(xué)形態(tài)上講，鳥類和哺乳動物的耳蝸具有類似的形態(tài)（Fig 1A、1B），說明耳蝸結(jié)構(gòu)在進(jìn)化上的保守性，研究鳥類耳蝸結(jié)構(gòu)具有一定的指導(dǎo)意義。解離雞類的耳蝸上皮進(jìn)行單細(xì)胞測序，總共測到305個上皮細(xì)胞，可以分為3群：毛細(xì)胞、支持細(xì)胞、均質(zhì)細(xì)胞（Fig 1C），差異基因分析發(fā)現(xiàn)，SLC34A2在毛細(xì)胞中高表達(dá)（以前報到為毛細(xì)胞簇高豐度蛋白），TECTB和GSN分別在支持細(xì)胞和均質(zhì)細(xì)胞中高表達(dá)（Fig 1D-1I）。
Fig. 1 雞耳蝸單細(xì)胞圖譜及細(xì)胞群的marker基因
2.?毛細(xì)胞亞群分析
作者將毛細(xì)胞進(jìn)行亞群分析，共得到4個亞群：HC1-HC4（Fig 2A），說明了毛細(xì)胞的異質(zhì)性，并發(fā)現(xiàn)C14ORF180和CXCL14在毛細(xì)胞中變異程度最高，且表達(dá)于明顯不同的兩群（Fig 2B-2D）。RNA原位雜交顯示C14ORF180表達(dá)于高毛細(xì)胞，CXCL14表達(dá)于矮毛細(xì)胞（Fig 2B’、2C’），并揭示了高毛細(xì)胞和矮毛細(xì)胞的其他marker基因（Fig 2F-2I）。HC1與HC2進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，兩群細(xì)胞各具有特異性高表達(dá)基因，包括ITM2C、NEFM（Fig 2J-2P）。
Fig. 2 毛細(xì)胞亞群分析
3.?毛細(xì)胞重排分析
作者先針對毛細(xì)胞群進(jìn)行軌跡分析，高毛細(xì)胞和矮毛細(xì)胞顯示了不同的分化軌跡，且發(fā)現(xiàn)TMC1和TMC2沿時序分析結(jié)果分布（Fig?3A），TMC1在時序近端，TMC2在時序遠(yuǎn)端（Fig?3B、3C），且TMC1和TMC2在高毛細(xì)胞和矮毛細(xì)胞中呈現(xiàn)相反趨勢（Fig 3D-3F），有88個基因沿時序具有顯著差異（Fig 4G）。
Fig. 3 毛細(xì)胞分布與重塑
4.?支持細(xì)胞亞型分析
將支持細(xì)胞進(jìn)一步細(xì)分，也發(fā)現(xiàn)支持細(xì)胞可以分為兩群細(xì)胞：SC1、SC2（Fig 4A），差異基因分析發(fā)現(xiàn)16個SC1高表達(dá)的基因，23個SC2高表達(dá)基因（Fig 4B）。擬時序分析發(fā)現(xiàn)支持細(xì)胞的空間關(guān)系（Fig 4C、4D）。SC1上調(diào)基因LCAT、GLIPR1L、DKK3的RNA原位雜交顯示，SC1位于高毛細(xì)胞下方（Fig 6E-6G）；SC2上調(diào)基因NTN4L、SMOC2、TIMP3原位雜交顯示，SC2位于短毛細(xì)胞下方（Fig 6H-6J）。
Fig. 4 支持細(xì)胞的異質(zhì)性
5.?非聽覺細(xì)胞的異質(zhì)性
均質(zhì)細(xì)胞與毛細(xì)胞和支持細(xì)胞相比，有37個高表達(dá)基因（Fig 5A、5B）。均質(zhì)細(xì)胞高表達(dá)基因LRP2、CHRNA7?mRNA原位雜交結(jié)果顯示，此類均質(zhì)細(xì)胞位于血管背蓋的上部；OTOA?mRNA原位雜交結(jié)果顯示，高表達(dá)OTOA的均質(zhì)細(xì)胞位于基底和頂端區(qū)域，揭示了均質(zhì)細(xì)胞的異質(zhì)性（Fig 5C-7H）。通過擬時序分析，也證實了均質(zhì)細(xì)胞的異質(zhì)性，位于基底的均質(zhì)細(xì)胞高表達(dá)基因與支持細(xì)胞marker基因共表達(dá)（Fig 5H-5L）。基于以上結(jié)果，作者提出了更加精確的鳥類耳蝸組織結(jié)構(gòu)模型（Fig 5M）。
Fig. 5均質(zhì)細(xì)胞的異質(zhì)性
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文章結(jié)論
通過對雞耳蝸上皮進(jìn)行單細(xì)胞測序，作者發(fā)現(xiàn)了三群耳蝸上皮細(xì)胞群：毛細(xì)胞、支持細(xì)胞、均質(zhì)細(xì)胞。毛細(xì)胞亞群分析發(fā)現(xiàn)了高毛細(xì)胞和矮毛細(xì)胞的marker基因，及調(diào)控毛細(xì)胞重排的關(guān)鍵因子。支持細(xì)胞也分為兩群：支持高毛細(xì)胞群和支持矮毛細(xì)胞群。均質(zhì)細(xì)胞也具有一定的異質(zhì)性，總體而言，提出了更加精確的鳥類耳蝸模型。
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參考文獻(xiàn)：
Janesick A, Scheibinger M, Benkafadar N, Kirti S, Ellwanger DC, Heller S. Cell-type identity of the avian cochlea. Cell Rep. 2021 Mar 23;34(12):108900. doi: 10.1016/j.celrep.2021.108900. PMID: 33761346.