这篇文献提供的代码是R与python版本，是个极好的学习单细胞与python的资源。今天先来看看文献背景。
文章信息： 标题 ：A molecular single-cell lung atlas of lethal COVID-19期刊 ：Nature日期 ：2021/04/29DOI ：https:///10.1038/s41586-021-03569-1通讯作者 ：Benjamin Izar Jianwen Que 哥伦比亚大学欧文医学中心血液学/肿瘤科医学系代码 ：https://github.com/IzarLab/CUIMC-NYP_COVID_autopsy_lung视频 ：https://www./watch?v=uvyG9yLuNSE代码 ：https://github.com/mousepixels/sanbomics_scripts主代码 ：https://github.com/mousepixels/sanbomics_scripts/blob/main/single_cell_analysis_complete_class.ipynb
呼吸衰竭是severe SARS-CoV-2感染患者死亡的主要原因，但肺组织水平的宿主反应尚不清楚。本文对19名死于COVID-19的患者和7名对照组患者的肺中约11.6万个细胞核进行了单核RNA测序。综合分析发现了细胞组成、转录细胞状态和细胞间相互作用的重大变化，从而为了解致命COVID-19的生物学提供了帮助。
看这篇文献的时候，心情突然有点那么沉重。
数据情况 处理后的数据: https://singlecell./single_cell/study/SCP1219. 处理后的数据在GEO中也有 GSE171524 (https://www.ncbi.nlm./geo/query/acc.cgi?acc=GSE171524). 原始数据: https://duos.(study ID DUOS-000130). Source data(https://www./articles/s41586-021-03569-1#Sec45) are provided with this paper 总共包含 COVID-19队列（19例样本）与 对照队列Control（7例样本）
COVID-19的肺细胞landscape 使用单细胞核测序，经过质控流程，得到一个肺的图谱：116,314个单细胞，包括COVID-19队列79,636个细胞以及对照队列Control 36,678个细胞。9个主要的细胞类型鉴定如下：
epithelial cells (n = 30,070 cells) myeloid cells (n = 29,632) endothelial cells (n = 5,386) T and natural killer (NK) lymphocytes (n = 16,751) B lymphocytes and plasma cells (n = 7,236) neuronal cells (n = 2,017) antigen-presenting cells (APCs; primarily dendritic cells) (n = 849) 具体的样本情况以及详细注释：
髓系细胞的异常激活 髓系细胞是COVID-19肺的主要细胞成分，且比对照组肺更为普遍。我们鉴定了：
单核细胞衍生的巨噬细胞(MDMs;n = 9,534) transitioning MDMs (n = 4,203) 常驻肺泡巨噬细胞(resident alveolar macrophages，AMs;n = 12,511) 它们在diffusion component(DC)分析中被恢复为不同的轨迹，在COVID-19肺部更常见（图2a-c）。来自COVID-19个体的髓系细胞被高度和异常激活。
此外：
COVID-19肺中的MDMs差异表达激活基因(例如CTSB、CTSD、CTSZ、PSAP)和两个长链非编码rna NEAT1和MALAT1，它们与异常巨噬细胞激活和受损的T细胞免疫相关 AMs产生于胎儿单核细胞，可以自我更新，在COVID-19肺中富集并高度激活 这些数据表明，髓系细胞是COVID-19中炎症失调的主要来源。
血浆和T细胞响应 使用the variable heavy (IGHV ) and light (IGLV ) chains鉴定了浆细胞，T/NK细胞群体分为了：CD8+ T cells (n = 3,561), T regulatory (Treg) cells (n = 649), other CD4+ T cells (n = 7,586), and NK cells (n = 2,141)。
作者发现COVID-19肺部的T细胞丰度没有显著增加，只有细胞因子和T细胞激活和组织驻留相关程序的适度上调（上图G-I）。
肺泡上皮再生受损 上皮细胞分为：
肺泡上皮细胞 (AT1 and AT2 cells; n = 20,949) 气道上皮细胞 (basal, ciliated, club, goblet, and mucous cells; n = 7,223) 一种以表达炎症和细胞周期基因为特征的亚群, 包括 IRF8 , B2M , MKI67 and TOP2A ('cycling epithelium’; n = 609) 显示细胞外基质(ECM)成分高表达的亚群 COL6A3 , COL1A2 , and COL3A1 此外：在肺再生过程中，AT2细胞作为AT1细胞的祖细胞，可以分化为AT1；对照组肺中的AT2和AT1细胞形成了不同的簇。这其中有几个比较重要的基因：
ETV5 ：COVID-19 AT2细胞低表达ETV5，维持AT2细胞身份，ETV5表达降低与向AT1细胞分化相关CAV1 ：AT1成熟晚期的标志，在COVID-19肺的AT1细胞中表达水平显著降低COVID-19中的异位簇状细胞 在捕获的气道上皮细胞中，我们发现了四种不同的轨迹:
KRT5+ TP63+基底细胞basal (n = 534) 杯状细胞goblet cells (n = 1757) 一种细胞较少的轨迹(n = 110)，主要在COVID-19肺部发现，我们将其确定为簇状细胞putative tuft-like cells 簇状细胞参与气道炎症和肠组织再生，但它们在病毒性肺炎中的作用尚不清楚。本研究中表现如下：
新冠肺炎患者上呼吸道的簇状细胞(CHAT+或POU2F3+)数量增加了3倍，且只在新冠肺炎患者肺实质中异位存在，但在对照组肺中不存在（parenchyma为腺细胞组织，实质） 病理性成纤维细胞和肺纤维化 COVID-19肺部的成纤维细胞明显多于对照组(图1d)，α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA，基因名字ACTA2)免疫组化染色证实了这一发现：
纤维化程度(determined by a Sirius red fibrosis score)与疾病持续时间相关(图4a)，表明COVID-19的肺纤维化随着时间的推移而增加：
此外：作者确定了五种成纤维细胞亚型：与对照肺相比，COVID-19肺中病理或中间病理成纤维细胞的频率增加(图4c)
外膜 adventitial (n = 3773) 病理 pathological (n = 2322) 中间病理 intermediate pathological (n = 8779) 主要细胞类型之间的配体-受体分析结果显示：
在所有细胞中配体-受体相互作用最多的是TGFβ1 - TGFβ受体2和BMP6-ACVR1，它们分别属于TGFβ家族和超家族。TGFβ信号在促进肺纤维化中具有重要作用，并与成纤维细胞介导的ADI27维持有关，而ADI27与DATP细胞状态密切相关。 这里还有一个有意思的分析 ：
为了研究针对pFBs（pathological fibroblasts）的潜在治疗策略，作者从单核转录组中推断蛋白质活性 ，然后将pFBs与其他成纤维细胞进行比较。该分析预测pFBs将表现出JunB和JunD活性的增加(图j)，它们通过增强TGFβ和STAT3信号通路诱导小鼠模型的肺纤维化，并与IL-1β的产生增加有关。最后，作者推断出pFBs中的药物作用靶点，并将MMP14和STAT3作为废除pFBs中有害程序的潜在靶点(图j)。
有好几个方法可以利用单细胞RNA数据推断蛋白层面的分子活性，下次介绍~
