环形RNA是一类在真核细胞中广泛存在的内源性非编码RNA分子，其在生物体发育过程中发挥着重要的作用。之前的研究已经在不同物种中鉴定出数百万个环形RNA分子，并且产生了大量用于揭示生物体组织表达模式的环形RNA数据资源。然而，由于大多数环形RNA表达量较低，传统的转录组测序方法无法表征单个细胞环形RNA表达谱系特征及异质性。近年来，随着单细胞全长转录组测序技术的发展，已经可以对单个细胞中环形RNA进行捕获测定。尽管效率较低，但仍可部分揭示单细胞分辨率下环形RNA的表达模式。因此，单细胞水平的环形RNA表达及功能研究已成为该领域重点关注的问题。 

　　北京生命科学研究院赵方庆团队长期致力于环形RNA方面的研究，2022年6月10日，在国际期刊Nature Communications上发表了题为“Exploring the cellular landscape of circular RNAs using full-length single-cell RNA sequencing”的研究论文。该研究基于海量单细胞全长转录组测序数据集，实现了单细胞分辨率下环形RNA的高效识别及深度挖掘，基于大规模时空组学数据的整合分析，对环形RNA的细胞异质性进行了深入探究，揭示了环形RNA作为细胞类型标志物的应用潜力。该研究将目前环形RNA研究从传统组织水平提升至单细胞水平，为探索不同细胞类型中环形RNA的生物学功能提供了重要的数据资源和分析技术。 

　　研究人员收集整理了来自于171个已发表的单细胞全长转录组数据集（图1），其中包含人和小鼠中58种组织和细胞类型，共计172,137个细胞。同时，研究人员建立了基于单细胞转录组数据的环形RNA识别和整合分析方法，在人和小鼠中共识别出40,604和131,533个高度可靠的环形RNA分子。基于以上数据所生成的单细胞环形RNA综合表达图谱，不仅为环形RNA的研究提供了强有力的数据支持，且为揭示环形RNA在不同细胞类型及发育阶段的动态变化提供了重要资源。 

　　图1. 基于单细胞全长转录组的环形RNA识别和整合分析 

　　此外，该研究深度剖析了单细胞数据中环形RNA的表达模式，发现它们在不同细胞类型上具有高度特异性。通对小鼠大脑不同细胞类型中环形RNA的表达进行分析，结果表明抑制性和兴奋性神经元的差异性表达与RNA结合蛋白的表达具有高度相关性。此外，研究人员还观察到了胚胎发育不同阶段的特征性环形RNA，揭示了环形RNA从母体来源至合子表达发生的动态转变过程。 

　　进一步地，基于单细胞测序技术可有效的揭示肿瘤发展和转移过程中细胞水平的异质性，研究人员建立20 名乳腺癌患者的单细胞数据集，分析发现环形RNA在正常和肿瘤细胞的上皮间质转换过程中的表达规律和潜在功能。研究深入筛选出人和小鼠中细胞类型特异性环形RNA，并验证了其可作为生物标志物在解析肿瘤浸润性免疫细胞中的适用性。最后，研究人员构建了目前首个单细胞环形RNA数据分析和资源平台-—circSC（http://circatlas.biols.ac.cn）（图2），为环形RNA研究提供了独特而重要的数据和技术基础。 

　　 　　图2. 环形RNA单细胞表达图谱及数据平台—circSC 

　　该研究由中科院北京生命科学研究院赵方庆研究员团队完成，获得了国家杰出青年科学基金、基金委重点项目和国家重点研发计划的经费支持。博士研究生吴婉莹、博士后张金阳为共同第一作者。赵方庆团队主要致力于建立高效的算法模型和实验技术，探索人体微生物与非编码RNA的结构组成与变化规律，解析它们与人类健康和疾病的关系。近年来，相关成果先后发表在Cell (2020)、Gut (2022, 2020, 2018)、Nature Biotechnology (2021)、Nature Computational Science (2022)、Nature Communications (2022a, 2022b, 2021, 2020, 2017, 2016)、Genome Biology (2021, 2020, 2016)、Mol Biol Evol (2022)、ISME J (2019)等期刊上。这些研究丰富了我们对人体微生物与非编码RNA多样性、结构组成与功能的认识，并为相关数据挖掘及功能机制研究提供了重要方法学工具。 　　

　　原文链接: https://doi.org/10.1038/s41467-022-30963-8