IPA揭示单细胞视角下小鼠食管上皮细胞群的通路调节

食管鳞状细胞分化梯度的形态学发育轨迹已有研究，然而其中的细胞类型分子异质性尚未在单细胞水平上得到过细致的描述。在今年四月发布的一篇研究（Single cell transcriptomic analysis reveals cellular diversity of murine esophageal epithelium）中，研究者从年轻和年老的小鼠中采集了食管上皮并进行了单细胞转录组测序。随后，将每个细胞群cutoff筛选后的差异表达基因（DEG）导入到IPA中进行核心分析和比较分析，并描述了每个细胞群中通路的差异调节。

小鼠食管上皮基底/分化细胞轴的分子特征

研究者用IPA分析了总体的基底细胞、基底上细胞和浅表细胞群中的DEG，获得了与食管角质形成细胞谱系相关的动态分子特征（如下图）。与基底细胞相比，IPA预测浅层细胞中未折叠蛋白反应（unfolded protein response，UPR）的激活。而且先前有研究表明，在食管鳞状细胞分化期间UPR是上调的。

据研究者推测，由于IPA确定的其他通路尚未涉及食管分化，所以IPA分析提供了许多与食管鳞状细胞分化相关的潜在通路，包括真核起始因子（EIF）2信号转导、胆固醇生物合成、谷胱甘肽介导的解毒、葡萄糖和脂肪酸代谢以及磺酰化。而且，研究者采用免疫印迹分析实验，观察到了相应通路的富集。

小鼠食管上皮中单个细胞群的分子特征

根据激活z score，研究者利用IPA评估了在小鼠食管上皮中确定的11个细胞群的通路、转录因子和激酶的变化（如下图）。在IPA分析的参数中，基地细胞和浅层细胞有一些显示出类似的预测趋势。例如，预测与胆固醇生物合成和甾醇调节元件结合转录因子（SREBF）1和2相关的通路在几个基地细胞群中受到抑制。又例如，预测与胆固醇生物合成和SREBF1及SREBF2相关的通路在几个浅层细胞群中被激活。

另外，在小鼠食管上皮细胞的每个细胞群中，IPA还确定了代表性的独特通路及其激活状态（如下图），这表明了每个细胞群体中都存在独特的分子特征。这一发现具有重要意义，因为它支持了这11个已鉴定出的细胞群分子身份，这有可能进一步与每种细胞类型的特定功能作用联系在一起。

小鼠食管上皮与年龄相关的改变

IPA通路分析发现，与年轻小鼠相比，年老小鼠食管上皮细胞群中的经典通路发生了显著的改变（如下图），即显示年龄相关改变的大多数通路都被预测为激活。通过下图，可以明显地看出Basal 2、5、6以及Superficial 1、2、3中，氧化磷酸化被预测受到抑制。

预测Module 18中基因的多种通路改变

研究者通过IPA分析确定了Module 18中显著富集的通路及其相关基因（右下图表格），即发育通路中的上皮-间充质转化（EMT）调节和WNT/β-连环蛋白信号转导。这一结果提示这些因素可能有助于改变小鼠食管上皮细胞结局的轨迹。

综上所述，研究者通过IPA分析，获取到各个细胞群体准确的分子特征，随后使用IPA预测了几种与线粒体生物学交叉的应激相关通路的富集，包括铁下调信号通路、NRF2介导的氧化应激和自噬。这些结果启示人们进行更深的研究，例如这些改变如何在癌症等年龄相关性食管疾病中发挥作用。