撰文
十一月
什么是表达数量性状基因座（expressionquantitativetraitloci，eQTL，也称为表达数量性状）？想要回答这一问题，我们首先要从数量基因座QTL谈起。QTL指的是多个基因决定某一个性状，比如身高是一个数量性状，其对应的控制基因的位点就是数量性状基因座，而eQTL就是能控制数量性状基因的表达水平高低的那些基因位点。非编码基因的变异即是通过调节基因表达引起疾病的。但是eQTLs在不同组织、不同细胞类型以及不同细胞状态中的效应非常复杂，但这一研究对基因变异与基因表达对疾病的影响非常关键。
近日，医院与哈佛医学院SoumyaRaychaudhuri研究组在Nature上发表了文章Single-celleQTLmodelsrevealdynamicTcellstatedependenceofdiseaseloci，以记忆T细胞为为模型、在单细胞分辨率水平建立了的eQTL模型，发现记忆T细胞中超过个顺式eQTL（cis-eQTL），这些eQTL对于人体自身免疫、类风湿性关节炎风险变异等潜在致病性的理解至关重要，对单细胞异质性基因调控的研究提供了新的思考方向。
全基因组关联研究揭示出调控区域的非编码变异这一结论，批量的细胞研究也为eQTL效应给予了一定的解释。但是这些研究目前还不能完全解释eQTL的致病机理，其中可能的原因是eQTL的效应受到不同细胞状态、不同细胞类型、不同环境的影响。批量的细胞生物学研究提出会掩盖体内存在许多与疾病相关的不同生理状态，特别是对与自身免疫和过敏相关的T细胞。T细胞的状态是连续且动态的，因此对单细胞eQTL研究的需求就呼之欲出了。
在该工作中，作者们从个健康秘鲁人体内分离出了结合杆菌感染的50万个记忆T细胞，通过CITE-seq（cellularindexingoftranscriptomesandepitopesbysequencing）对其中的遗传变异进行分析（图1），从中发现了个具有显著cis-eQTL效应的基因。什么cis-eQTL呢？如果一个给定基因型在相同的基因位点上影响基因表达，则该基因座被称为cis-eQTL；相对应的，trans-eQTL指的是影响不同位点基因的表达，相较于cis-eQTL，trans-eQTL更难寻找，需要对全组织进行大规模的分析找出关联。作者们所发现的eQTL与先前的研究一致，同时作者们还发现了个具有群体效应的eQTL，这些是秘鲁人常见的基因变异引起的。
图1工作流程
单细胞分辨率eQTLs和bulkeQTLs需要不同的统计模型。对于单细胞，作者们使用泊松混合效应（Poissonmixed-effects，PME）回归，它可以用于模拟离散和连续的单细胞状态、并通过泊松分布唯一分子标识符UMI进行计数和批次处理。作者们将单个细胞中一个基因的UMI计数作为基因型的功能，并将常见的eQTL混杂因素比如年龄、性别、基因型主成分和基因表达纳入考量，从而构建起了一个单细胞eQTL分析模型。
通过该模型，作者们对T细胞连续且动态的细胞状态与eQTL效应进行了分析，通过该模型可以捕获更多细胞状态依赖的基因调控变异，这些基因表达调节的变异能够很好地解释细胞*性的程度，同时也能够对单个细胞中eQTL的效应进行直接解释。单细胞的eQTL模型也能更好的对转录因子驱动的基因调节系统以及调节网络进行更为显著富集和阐明。另外，通过作者们所建立的eQTL模型发现细胞状态依赖的eQTLs会更多地集中在包括启动子、增强子等在内的调节区域，而eQTL的相互作用也会反映出组织特异性以及疾病特异性动态过程。
总的来说，作者们的工作建立了记忆T细胞相关的单细胞eQTL模型，为基因遗传变异、基因表达以及疾病之间的关系研究提供了新的工具，帮批量细胞分析方法所掩盖的单细胞分辨率异质性调控“拨云见日”，同时也为细胞所处环境等依赖的疾病研究提供了一个新的视角。
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