Nucleic Acids Research
MEBOCOST：单细胞RNA测序揭示代谢物介导的细胞通讯

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本研究介绍了一种名为MEBOCOST的新型算法，用于系统性分析代谢物介导的细胞通讯（mCCC），填补了现有方法在这一领域中的空白。该工具在多个数据集上验证，展现出良好的稳健性和功能相关性。

 

文献概述
细胞通讯（CCC）是维持细胞、组织和系统功能与稳态的关键，异常CCC与多种疾病如肥胖、糖尿病、心脏病和癌症相关。现有方法主要聚焦于蛋白介导的CCC，难以检测代谢物介导的CCC（mCCC）。本文介绍MEBOCOST，一种结合单细胞RNA测序（scRNA-seq）与代谢通量平衡分析（FBA）的工具，专门用于识别mCCC事件，并在多个数据集中验证其稳健性。

背景知识
代谢物作为信号分子，参与调节多种生物过程。在mCCC中，代谢物由分泌细胞产生并通过传感器蛋白影响接收细胞的生物过程。尽管已有大量关于代谢物信号传导的研究，系统性识别mCCC的工具仍缺乏。因此，开发专门针对mCCC的算法，对于深入研究代谢信号在健康与疾病中的的作用至关重要。

 

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研究方法与实验
MEBOCOST基于scRNA-seq与FBA，整合了外部代谢物、相关酶基因与代谢物-传感器配对的知识库。该工具通过计算代谢物酶与传感器基因在细胞群体间的共表达评分，并结合代谢通量分析，识别分泌与摄取代谢物的细胞。研究团队在模拟数据、空间转录组数据、CRISPR筛选数据及临床患者数据中对MEBOCOST进行了系统性基准测试，验证其在肥胖相关脂肪组织与小鼠棕色脂肪组织中的mCCC事件。

关键结论与观点

• MEBOCOST在模拟数据中展现出良好的稳健性，能有效识别与空间共定位评分相关的mCCC事件。
• 在肥胖患者的人类白色脂肪组织中，巨噬细胞是mCCC的主要来源，且胆固醇与27-羟基胆固醇等代谢物在高BMI个体中显著上调。
• 在小鼠棕色脂肪组织中，MEBOCOST成功识别已知与新mCCC事件，如谷氨酰胺介导的内皮细胞-脂肪细胞通讯，并通过实验验证其对脂肪细胞分化的影响。
• 与现有CCC方法（如CellPhoneDB、scConnect）相比，MEBOCOST在识别功能相关mCCC方面表现更优，尤其是在结合代谢通量分析时。

研究意义与展望
MEBOCOST为代谢物介导的细胞通讯研究提供了系统性工具，有助于揭示代谢信号在发育与疾病中的作用。该工具可广泛应用于不同组织与疾病模型，为药物研发与生物标志物发现提供新思路。

未来，MEBOCOST可进一步拓展至多组学整合，结合蛋白质组与代谢组数据，提高mCCC事件的识别精度。此外，该工具可应用于更多疾病模型，如神经退行性疾病与免疫相关疾病，探索代谢物在疾病微环境中细胞互作中的作用。

 

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结语
本研究开发的MEBOCOST填补了现有CCC分析方法在代谢物介导通讯中的空白，提供了一个稳健且功能导向的mCCC识别工具。通过整合scRNA-seq与FBA，MEBOCOST在多个生物情境中验证了mCCC的功能重要性，尤其是在肥胖与棕色脂肪组织重塑过程中。其在CRISPR筛选与患者生存分析中的表现进一步证明其在识别功能相关mCCC事件中的潜力。MEBOCOST的发布为研究人员提供了系统性分析代谢物信号传导的工具，有望推动代谢通讯在疾病机制与药物开发中的研究。

 

Rongbin Zheng, Yang Zhang, Tadataka Tsuji, Yu-Hua Tseng, and Kaifu Chen. MEBOCOST maps metabolite-mediated intercellular communications using single-cell RNA-seq. Nucleic Acids Research.