10x Genomics GEM-X V4是新一代单细胞转录组测序解决方案的核心技术。该技术通过其创新的凝胶珠（GEM）设计和优化的酶学系统，在单细胞捕获效率、基因检测灵敏度和测序数据质量上实现了显著提升。GEM-X V4能够高效地对数千至数百万个单细胞进行mRNA捕获和条形码标记，从而精准揭示复杂组织或样本中细胞群体的异质性、发现新的细胞亚型，并深入解析细胞发育轨迹和基因调控网络。

GEM-X实验流程

本期我们一共盘点了6篇使用最新10x Genomics GEM-X V4单细胞转录组技术的研究成果，这些成果发表在Nature (IF=48.5)、Science (IF=45.8)、 Nature Cancer (IF=28.5)、 Immunity (IF=26.3)、 Advanced Science (IF=14.1)等期刊上，欢迎对相关技术感兴趣的老师留言咨询。

案例1 小鼠端脑GABA能神经元的转录组与空间组织图谱

发表期刊：Nature

影响因子：48.5

物种样本：小鼠端脑组织

测序策略：单细胞转录组测序（scRNA-seq）、MERFISH空间转录组

DOI：10.1038/s41586-025-09296-1

发表时间：2025.11.05

主要研究结果：

① 哺乳动物大脑的端脑包含多个区域和环路，在各种脑功能中发挥着适应性和整合性作用。端脑中的GABA能神经元具有多样性；它们具有多种环路功能，而这些神经元的功能障碍与多种脑部疾病有关。

② 本研究系统性地解析了哺乳动物大脑端脑中GABA能神经元的转录组特征、空间分布及发育起源。通过对611,423个成年小鼠单细胞转录组及614,569个不同胚后阶段的单细胞转录组进行整合分析，研究者建立了端脑GABA能神经元的层级型谱体系：包括7个大类、52个亚类、284个超级型及1,051个簇，并进一步描绘了从胚胎第7天至出生后第14天的发育型谱，共鉴定出1,688个发育相关簇。

③ 结果揭示，端脑GABA能神经元的类型关系不仅反映其空间定位，还与发育起源密切相关。具有相似转录组和发育特征的细胞类型可分布于遥远的脑区，提示长距离迁移与分散是端脑GABA能神经元发育的普遍特征。研究还发现，不同脑区的GABA能神经元表现出离散与连续共存的空间基因表达梯度。功能上，皮层、纹状体及部分苍白球GABA能神经元在出生后经历显著的多样化，而隔区、视前区及大部分苍白球神经元主要在胚胎期快速分化，出生后变化有限。

④ 总的来说，端脑GABA能细胞类型分类体系将为整个科学界进行细胞类型和环路的分子、结构和功能研究提供基础性参考。

图1 小鼠端脑GABA能神经元类型的转录组分类学研究

案例2 VEXAS综合征中炎症和骨髓偏倚的独立机制

发表期刊：Nature

影响因子：48.5

物种样本：造血干细胞

测序策略：单细胞转录组测序（scRNA-seq）

DOI：10.1038/s41586-025-09815-0

发表时间：2025.11.03

主要研究结果：

① VEXAS综合征是一种由造血干细胞与祖细胞中UBA1基因体细胞突变引起的成人发病性自身炎症性疾病。尽管其临床严重性及发病率日益显著，UBA1突变导致多器官自身炎症及血液学疾病的机制尚不明确。

② 本研究通过体细胞基因编辑方法，在原发性巨噬细胞与造血干细胞中模拟VEXAS相关的UBA1突变。研究发现，Uba1突变巨噬细胞在炎症刺激下经历异常的Caspase-8介导的凋亡与RIPK3-MLKL介导的坏死性凋亡。相应地，在小鼠模型中，UBA1抑制剂TAK-243通过RIPK3-Caspase-8依赖性方式加剧了TNF或LPS诱导的炎症反应。相反，在造血干细胞中，Uba1突变诱导了未折叠蛋白反应与髓系偏好，且这一过程不依赖于RIPK3-Caspase-8。机制上，Uba1突变巨噬细胞的异常细胞死亡与炎症信号复合体中Lys63/线性多聚泛素化动力学缺陷相关。

③ 综上，本研究揭示了VEXAS发病机制中炎症细胞死亡与髓系偏好分化的独立调控通路，并支持将炎症细胞死亡轴作为VEXAS的治疗靶点。

图2 UBA1突变诱导的HSPCs髓样偏倚

案例3 肠道肥大细胞来源的白三烯介导对摄入抗原的过敏反应

发表期刊：Science

影响因子：45.8

物种样本：经口过敏原刺激五次的小鼠分选肥大细胞

测序策略：单细胞转录组测序（scRNA-seq）、转录组

DOI：10.1126/science.adp0246

发表时间：2025.08.07

主要研究结果：

① 过敏反应是食物过敏原暴露所致的一种危及生命的并发症。尽管小鼠中静脉注射诱发过敏反应的机制已有明确阐述，但这些模型忽略了伴随摄入的黏膜暴露。

② 本研究对小鼠肠道内肥大细胞在口服抗原诱导的过敏反应中的作用。口服过敏反应依赖于IgE-FcεR1信号传导，而对肠道肥大细胞的转录分析揭示了一个受上皮信号调控的快速发育群体。肠道肥大细胞主要位于上皮层，其转录组和效应功能与全身分布的结缔组织肥大细胞存在显著差异：组胺合成减少，而白三烯生成增强。遗传性缺乏半胱氨酰白三烯合成的小鼠，或使用aLOX5拮抗剂Zileuton治疗的小鼠，在口服抗原诱导的反应中受到保护，而静脉注射引起的反应则未受影响。

图3 肠道肥大细胞受上皮信号的影响而形成特定特征

案例4 SLAMF6的异常表达构成急性髓系白血病中一种可靶向的免疫逃逸机制

发表期刊：Nature Cancer

影响因子：28.5

物种样本：急性髓细胞样白血病患者的T细胞和AML细胞

测序策略：单细胞RNA测序（scRNA-seq）、RNA测序（RNA-seq）

DOI：10.1038/s43018-025-01054-6

发表时间：2025.10.03

主要研究结果：

① 免疫疗法在急性髓系白血病（AML）中的成效有限，表明我们对其中免疫调控机制的理解尚不完善。

② 本研究在60%的AML病例中发现了一种免疫逃逸机制：原始AML细胞异常表达淋巴细胞表面蛋白SLAMF6。在共培养体系中，敲除AML细胞中的SLAMF6能够激活T细胞并高效杀伤白血病细胞，表明SLAMF6以类似于PD-L1/PD-1轴的方式保护AML细胞免受免疫系统的识别与清除。通过靶向SLAMF6二聚化位点的抗体，可抑制SLAMF6–SLAMF6相互作用，并在体外和人源化体内模型中诱导T细胞激活及AML细胞杀伤。

③ 综上，本研究揭示了SLAMF6的异常表达是一种常见且可靶向的免疫逃逸机制，为AML的免疫治疗开辟了新途径。

图4 SLAMF6基因突变的急性淋巴细胞白血病（AML）患者，其T细胞组成存在异常

案例5 TLR4依赖的成纤维细胞-单核细胞轴在肿瘤引流淋巴结中促进三阴性乳腺癌的转移

发表期刊：Immunity

影响因子：26.3

物种样本：三阴性乳腺癌（TNBC）小鼠模型、人类TNBC患者淋巴结样本

测序策略：单细胞转录组测序（scRNA-seq）、空间转录组（10x Visium）、Bulk RNA-seq、蛋白质组学

DOI：10.1016/j.immuni.2025.08.015

发表时间：2025.11.11

主要研究结果：

① 肿瘤引流淋巴结（TDLNs）既是抗肿瘤免疫启动的场所，也是转移的前哨站。

② 本研究探索了三阴性乳腺癌（TNBC）中TDLNs内细胞网络的重新组织。我们发现，在转移性TNBC小鼠模型的TDLNs中，程序性死亡配体1高表达（PD-L1ʰⁱ）的单核细胞频率增加。成纤维网状细胞（FRCs）亚型上调趋化因子CCL2和CCL7的表达，支持CCR2⁺单核细胞的归巢。这些单核细胞在体外通过PD-L1和诱导型一氧化氮合酶（iNOS）抑制T细胞功能。空间转录组学揭示了在血管区和T细胞区存在免疫抑制性的FRC-单核细胞微环境。肿瘤相关的Toll样受体4（TLR4）内源性配体诱导FRCs表达CCL2和CCL7，促进单核细胞募集。局部TLR4抑制联合抗PD-1治疗可减少单核细胞归巢并增强T细胞功能，最终抑制肺转移。在人类TNBC患者的TDLNs中也观察到单核细胞积累及FRC-单核细胞轴的存在，且TLR4配体特征可预测TNBC患者的不良生存结局。

③ 因此，转移性TNBC可通过重编程淋巴结，促进PD-L1介导的免疫逃逸和转移。

图5 TNBC-TDLNs的FRCs通过CCL2-CCL7招募单核细胞

案例6 小鼠前舌上皮类器官模型揭示区域与细胞身份

发表期刊：Advanced Science

影响因子：14.1

物种样本：成年小鼠前舌和后舌组织

测序策略：单细胞转录组测序（scRNA-seq）

DOI：10.1002/advs.202506738

发表时间：2025.09.29

主要研究结果：

① 舌在吞咽、味觉感知和机械感觉中起着关键作用。舌的前部和后部具有不同的发育起源，并由成体上皮干细胞/祖细胞维持。目前仍缺乏可用于研究前舌生物学的体外模型。

② 本研究开发了一种从成年小鼠背侧前舌建立长期扩增类器官模型的方案。前舌类器官包含Lgr6+细胞、Sox2+干细胞/祖细胞和Hoxc13+丝状乳头祖细胞。此外，前舌类器官与前舌组织共享区域特异性转录组特征、基因调控网络和信号通路。前舌类器官可分化为多种上皮细胞类型，包括Merkel样细胞、角质形成细胞和味蕾细胞。基因调控网络分析揭示了类器官中Krt8+细胞和Krt23+/Sbsn+角质形成细胞分化的转录程序。

③ 总之，本研究提供了一个模拟小鼠背侧舌上皮的体外模型。

图6 小鼠舌前部和后部背侧组织在单细胞水平上呈现区域特异性基因特征

10x GEM-X V4单细胞转录组测序技术优势

灵敏度提高：检测到的基因数多达两倍，改进了对稀有转录本、脆弱细胞和RNA含量低的细胞的捕获；

通量更高：每个通道捕获的细胞数增加两倍（每个通道最多可捕获20,000个细胞）；

细胞捕获率提高：细胞捕获率高达80%；

数据质量和稳定性提高：多细胞率相较V3减半（每1,000个细胞为0.4%），GEM生成更高效，同时不增加细胞应激；

运行时间更短：仅需6分钟即可完成数万个细胞的微滴生成和添加条形码，对脆弱细胞更友好。

基因检出数量显著提升

脆弱细胞捕获效率显著提升