Single-cell transcriptome analysis reveals cellular heterogeneity in mouse intra- and extra articular ligaments

doi:10.1038/s42003-022-04196-w

.2022年11月12日；5(1):1233.

doi:10.1038/s42003-022-04196-w。

单细胞转录组分析揭示了小鼠关节内外韧带的细胞异质性

附属公司

¹日本青森市Hirosaki大学医学研究生院矫形外科。
²大阪大学医学研究生院干细胞治疗科学系，日本大阪市住田。
^三StemRIM Inc.，日本大阪茨城。
⁴大阪大学医学研究生院干细胞治疗科学系，日本大阪市住田。shimbot@sts.med.osaka-u.ac.jp。
⁵StemRIM再生医学研究所，大阪大学，日本大阪市住田。shimbot@sts.med.osaka-u.ac.jp。
⁶大阪大学医学研究生院干细胞治疗科学系，日本大阪市住田。tamai@gts.med.osaka-u.ac.jp。

PMID： 36371589
预防性维修识别码： PMC9653455
内政部： 10.1038/s42003-022-04196-w

单细胞转录组分析揭示了小鼠关节内外韧带的细胞异质性

石桥Kyota Ishibashi等。公共生物. 2022.

.2022年11月12日；5(1):1233.

doi:10.1038/s42003-022-04196-w。

附属公司

¹日本青森市Hirosaki大学医学研究生院矫形外科。
²大阪大学医学研究生院干细胞治疗科学系，日本大阪市住田。
^三StemRIM Inc.，日本大阪茨城。
⁴大阪大学医学研究生院干细胞治疗科学系，日本大阪市住田。shimbot@sts.med.osaka-u.ac.jp。
⁵StemRIM再生医学研究所，大阪大学，日本大阪市住田。shimbot@sts.med.osaka-u.ac.jp。
⁶大阪大学医学研究生院干细胞治疗科学系，日本大阪市住田。tamai@gts.med.osaka-u.ac.jp。

PMID： 36371589
预防性维修识别码： PMC9653455
内政部： 10.1038/s42003-022-04196-w

摘要

韧带是连接骨骼的胶原结缔组织。膝关节韧带损伤（即前交叉韧带（ACL）和内侧副韧带（MCL））在运动员中较为常见。两种韧带都具有重要功能，但具有不同的再生能力。受伤后的恢复能力也会随着年龄的增长而减弱。然而，韧带中的细胞异质性尚不清楚。在这里，我们使用单细胞RNA序列分析了小鼠ACL和MCL细胞的转录特征。这些韧带包括三种表达Col22a1、Col12a1或Col14a1的成纤维细胞类型，但在组织中有不同的定位。我们发现ACL和MCL之间的Col12a1-和Col14a1-阳性细胞存在明显的异质性。基因本体分析表明，血管生成和胶原调节相关基因在MCL细胞中特异性富集。此外，我们确定了韧带中细胞组成和基因表达的年龄相关变化。这项研究描绘了韧带中的细胞异质性，为确定韧带损伤的潜在治疗靶点奠定了基础。

PubMed免责声明

利益冲突声明

K.T.、K.I.（2^第作者）和T.K.披露了以下内容：K.T.是StemRIM的科学创始人，并获得了StemRIM的研究资助。K.I.和T.K.是StemRIM的员工。其余作者没有透露任何竞争利益。

数字

**图1。关节韧带的单细胞RNA测序。**
一关节内和关节外韧带的位置。b条使用UMAP图进行数据可视化。从3640个韧带细胞（10只小鼠）中鉴定出9个簇。**c（c）**显示了每个簇的标记基因。点大小表示一个簇内表达基因的细胞的百分比。点颜色的强度表示平均表达水平。d日ACL和MCL细胞的UMAP图。蓝色虚线方框表示成纤维细胞簇。**e（电子）**ACL和MCL中每个集群的分数。

**图2。关节韧带中发现三种不同的成纤维细胞群。**
一左侧，成纤维细胞亚簇（簇0、簇2和簇4中的细胞如图1a所示）。右，ACL和MCL中每个子簇的分数。b条每个亚簇的标记基因都有图示。点大小表示一个簇内表达基因的细胞的百分比。点颜色的强度表示平均表达水平。**c（c）**表达特定胶原蛋白的亚簇的小提琴图(*第14a1列*、第12a1列和*第22a1列*).d日，**e（电子）**肌腱干祖细胞（TSPC）的小提琴图谱(d日)和软骨生成标记物(**e（电子）**)ACL和MCL中。Col22a1的f–h免疫染色(**（f）**)，第14a1列(克)和Col12a1(小时)在MCL和ACL中。由品红色正方形指示的感兴趣区域（ROI）的左低放大率。对，ROI的放大倍数更高。比例尺：100μm。我–k个基因本体分析显示子簇0中的通路上调(*第14a1列*-积极的）(我)，子集群1(*第12a1列*-积极的）(j个)和子簇2(*第22a1列*-积极的）(k个).

**图3。ACL和MCL细胞中独特的成纤维细胞。**
一UMAP图*第14a1列*-和*第12a1列*-ACL和MCL中的阳性细胞。b条，**c（c）**ACL和MCL差异表达基因的比较。火山图*第14a1列*- (b条)和*第12a1列*-阳性细胞(**c（c）**).d日，**e（电子）**免疫染色(d日)和RNA原位杂交(**e（电子）**)小鼠ACL和MCL中的Tnmd。比例尺：100μm。**（f）**，克基因本体论分析比较*第14a1列*- (**（f）**)和*第12a1列*-阳性细胞(克)ACL和MCL之间。

**图4。进一步分析*第12a1列*-和*第14a1列*-阳性细胞显示ACL和MCL中的细胞异质性。**
一左图：进一步的子聚类分析*第14a1列*-和*第12a1列*-阳性细胞鉴定出3个不同的亚群。右：ACL和MCL中每个子簇的分数。b条子簇的小提琴图表明*第14a1列*和*第12a1列*.c（c）每个子簇的标记基因都有说明。点大小表示一个簇内表达基因的细胞的百分比。点颜色的强度表示平均表达水平。d日ACL和MCL肌腱/韧带标记的小提琴图。**e（电子）**ACL和MCL中TSPC标记物的小提琴图。**（f）**RNA速度分析显示成纤维细胞的细胞动力学。红色箭头表示速度动力学的根源。红点表示边界*第12a1列-*阳性细胞和*第14a1列-*阳性细胞被分离。克显示细胞推断排序的伪时间分析。

**图5。衰老影响韧带成纤维细胞的基因表达。**
一左图：10周龄和100周龄小鼠关节韧带细胞的UMAP图。（分别10只老鼠）右：条形图表示每个簇的分数。b条，**c（c）**UMAP图*第14a1列*1型和2型以及*第12a1列*-10周龄和100周龄小鼠的阳性细胞。合并的UMAP图(b条). ACL和MCL以及10周龄和100周龄小鼠韧带的UMAP图(**c（c）**).d日条形图表示*第14a1列*1型和2型以及*第12a1列*-阳性细胞。**e（电子）**40周龄和80周龄小鼠MCL中Cd34和Cd73的免疫染色。比例尺：100μm。f、带有点图的g图表示MCL中Cd34和Cd73阳性细胞的百分比(**（f）**)和ACL(克).第页使用单因素方差分析计算数值*第页 < 0.05. **第页 < 0.001. n个 = 4小时，我Col14a1-和Col12a1-阳性细胞中年轻和老年成纤维细胞间DEGs的比较。火山图*第14a1列*- (小时)和*第12a1列*-阳性细胞(我).j个，k个Sparc的免疫染色(j个)和Hspa5(k个)年轻人（25岁）和老年人（76岁）ACL韧带。比例尺：100μm。我Sparc-和Hspa5-阳性细胞的表达区域。使用Wilcoxon符号秩检验计算p值*第页 < 0.05.n个 = 三。

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[9] Delice P，Ghafil D.前交叉韧带撕裂：保守治疗还是手术治疗？对文献的批判性评论。膝关节外科。运动创伤。关节。2012;20:48–61.-公共医学

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