【原】图解单细胞 | 第6期.好不容易看懂了UMAP图，但为什么细胞上又有箭头了呢

上一期我们介绍了拟时序分析（Pseudotime）（图解单细胞 | 第5期. 这种形似树枝的图到底怎么看），这一期我们接着讲轨迹分析（Trajectory）的另一种：RNA 速率分析（RNA velocity）。RNA 速率，即细胞中mRNA分子丰度随时间的变化，这种变化代表了细胞状态的改变，可以通过未剪接和剪接mRNA 丰度来估计。它是一种局部速度矢量，可以在时间尺度上预测单个细胞的未来状态。

我们首先复习下，DNA转录后形成前体RNA（未剪接转录本），包括外显子（编码蛋白）和内含子（不编码蛋白），进一步通过剪接（spliced）移除内含子，形成由外显子构成的成熟mRNA（剪接转录本）。scRNA-seq可检测到mRNA，也可检测到未剪接转录本的表达。可以这么理解，（未剪接转录本×剪接速率）和（剪接转录本×降解速率）的比较可以反映出该基因呈上调还是下调趋势，得知基因的上下调趋势，我们则可以预测细胞的动态。当然，其中还涉及到相当多复杂的模型和运算，这一期我们不讨论。相比之下，图就容易看得多。

   图解拟时序实例

本文为扩张性心肌病（DCM）和肥厚性心肌病（HCM）的心肌单细胞测序研究。该图是对两位纤维化贡献比较大的患者（DCM: P1304和HCM: P1425）的成纤维细胞进行RNA速率分析。图中每个点代表一个细胞，上面叠加了一个 RNA 速率向量（箭头），预测细胞分化轨迹；而箭头的长短代表速率的大小。如图可以得知，在这两位患者中，静止的成纤维细胞向激活的成纤维细胞分化，而激活成纤维细胞的主要功能为促纤维化。这与认知也相符合，临床上，我们在心脏移植的时候可以看到部分DCM和HCM的心肌中有严重的纤维化。 

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参考文献：

Chaffin M, Papangeli I, Simonson B, Akkad AD, Hill MC, Arduini A, Fleming SJ, Melanson M, Hayat S, Kost-Alimova M, Atwa O, Ye J, Bedi KC Jr, Nahrendorf M, Kaushik VK, Stegmann CM, Margulies KB, Tucker NR, Ellinor PT. Single-nucleus profiling of human dilated and hypertrophic cardiomyopathy. Nature. 2022 Aug;608(7921):174-180.

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