miRTalk：细胞外囊泡衍生的miRNA介导细胞间通讯推断

微小RNA（miRNA）是一类小RNA分子，主要通过转录后基因沉默或（尽管不太常见）真核生物中的激活来协调许多细胞过程。在过去的十年中，人们在细胞外环境中发现了miRNA，并证明了它们促进功能性细胞间通讯（CCC）的能力。通过细胞外囊泡（EV）（如外泌体和微囊泡）从一个细胞产生和释放的miRNA被远处的细胞捕获，随后导致基因表达、细胞行为和功能的改变。迄今为止，EV衍生的miRNA已被广泛认为是CCC的一种独特模式，越来越多的证据表明EV衍生的miRNA介导CCC在疾病的发生和进展中起着关键作用。例如，Wang等人发现脂肪组织来源的EV中miR-9-3p的缺失显著减轻了其对高脂饮食小鼠或糖尿病患者认知功能的有害影响，从而揭示了由EV来源的miR-9-3p介导的脂肪组织-神经元通讯在促进突触丧失和认知障碍中的关键作用。He等人报告称，来自中性粒细胞的EV衍生的miR-223具有阻碍肝脏炎症和纤维化基因表达的作用，揭示了中性粒细胞通过富含miR-223的EV转移与肝细胞之间的沟通，从而缓解了非酒精性脂肪性肝炎。然而，由于相关技术的局限性和给定组织内普遍存在的细胞异质性，对EV衍生的miRNA介导CCC在异质细胞群中的大规模系统研究变得非常困难，严重制约了该领域的发展。 

幸运的是，高通量单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术的不断进步促进了基于编码和非编码基因转录组分析的单一检测中数千个细胞的分类，从而能够以单细胞分辨率阐明EV衍生的miRNA介导CCC机制，这些机制是生理和病理过程的基础。例如，Ramanujam等人通过对小鼠压力超负荷心脏的单细胞分析，确定了心脏巨噬细胞衍生的miR-21在从静止成纤维细胞向肌成纤维细胞的过渡中至关重要，该分析以巨噬细胞特异性消融miR-21为特征，从而揭示了miR-21在指导巨噬细胞与成纤维细胞就心肌稳态和疾病相关重塑进行通讯方面的作用。Zhang等人对人类肝内胆管癌（CHOL）和邻近样本进行了scRNA-seq分析，发现癌症细胞（CC）衍生的外体miR-9-5p在血管癌相关成纤维细胞（vCAFs）中导致IL-6表达升高，以加速肿瘤进展，强调了肿瘤微环境（TME）中CC和vCAF之间miR-9-5p介导 CCC的重要性。然而，缺乏一种基于scRNA-seq数据推断EV衍生的miRNA介导CCC的计算方法，这带来了巨大的挑战。 

最近，Shao等人开发了一种计算方法miRTalk（图1，https://github.com/multitalk/miRTalk），它基于scRNA-seq数据推断EV衍生的miRNA介导CCC。通过整合来自不同存储库的EV衍生的miRNA及其相应的miRNA靶相互作用（MiTI）以及相关通路的实验验证数据，作者们构建了一个名为miRTalkDB的集成数据库，其中包含人类、小鼠和大鼠的EV衍生MiTI以及EV衍生miRNA的功能注释。以miRTalkDB为基础参考，miRTalk旨在根据产生EV的潜力和发送者中miRNA的表达，以及miRNA加工机制的激活和接收者中靶基因的表达，预测EV衍生的miRNA介导CCC的可能性。miRTalk的性能通过模拟和现实世界的基准数据集进行了验证。此外，在探索来自四种疾病场景（人类胶质母细胞瘤、小鼠肾纤维化、大鼠脂肪肝移植和小鼠骨骼肌损伤）的scRNA-seq和空间转录组学（ST）数据时，miRTalk阐明了复杂但迄今为止未知的MiTI介导CCC。总之，miRTalk为从scRNA-seq或ST数据计算评估EV衍生的细胞通讯铺平了道路，从EV衍生的miRNA介导通讯方面为理解细胞间动力学提供了见解。 

图1 miRTalk工作流程和可视化示意图。a基于EV衍生的miRNA数据库（包括ExoCarta、Vesiclepedia、EVmiRNA等）以及来自miRTarBase和TarBase的MiTI实验验证数据构建miRTalkDB。miRTalkDB的统计数据，包括人类、小鼠和大鼠的EV衍生miRNA、MiTI的数量以及EV衍生miRNA的功能注释。b miRTalk的输入数据，包括scRNA-seq数据矩阵和每个细胞的相应细胞类型注释。miRTalk算法过程的详细图：对于给定的发送者-接收者对，根据表达水平鉴定出广泛表达的miRNA和高度可变的靶基因。基于产生EV的潜力和发送者中miRNA的表达，以及受体中miRNA加工机制的激活和靶基因的表达，富集了具有负调控或正调控的重要MiTI。miRTalk的输出数据包括EV衍生的miRNA的富集以及发送方和接收方细胞类型之间的相关MiTI。c使用和弦、圆圈、Sankey和热图可视化分析MiTI介导的CCC，这些可视化显示了从发送方细胞到接收方细胞的MiTI的数量和得分。d从发送方细胞类型到接收方细胞类型的MiTI可视化和特异性分析，由弦图、圆图、气泡图和热图表示 

参考文献

[1] Shao X, Yu L, Li C, Qian J, Yang X, Yang H, Liao J, Fan X, Xu X, Fan X. Extracellular vesicle-derived miRNA-mediated cell-cell communication inference for single-cell transcriptomic data with miRTalk. Genome Biol. 2025 Apr 14;26(1):95. doi: 10.1186/s13059-025-03566-x. 

以往推荐如下：

1. 分子生物标志物数据库MarkerDB

2. 细胞标志物数据库CellMarker 2.0

3. 细胞发育轨迹数据库CellTracer

4. 人类细胞互作数据库：CITEdb

5. ​EMT标记物数据库：EMTome

6. EMT基因数据库：dbEMT

7. ​EMT基因调控数据库：EMTRegulome

8. RNA与疾病关系数据库：RNADisease v4.0

9. RNA修饰关联的读出、擦除、写入蛋白靶标数据库：RM2Target

10. 非编码RNA与免疫关系数据库：RNA2Immune

11. 值得关注的宝藏数据库：CNCB-NGDC

12. 免疫信号通路关联的调控子数据库：ImmReg

13. 利用药物转录组图谱探索中药药理活性成分平台：ITCM

14. AgeAnno：人类衰老单细胞注释知识库

15. 细菌必需非编码RNA资源：DBEncRNA

16. 细胞标志物数据库：singleCellBase

17. ​实验验证型人类miRNA-mRNA互作数据库综述

18. 肿瘤免疫治疗基因表达资源：TIGER

19. 基因组、药物基因组和免疫基因组水平基因集癌症分析平台：GSCA

20. 首个全面的耐药性信息景观：DRESIS

21. 生物信息资源平台：bio.tools

22. 研究资源识别门户：RRID

23. 包含细胞上下文信息的细胞互作数据库：CCIDB

24. HMDD 4.0：miRNA-疾病实验验证关系数据库

25. LncRNADisease v3.0：lncRNA-疾病关系数据库更新版

26. ncRNADrug：与耐药和药物靶向相关的实验验证和预测ncRNA

27. CellSTAR：单细胞转录基因组注释的综合资源

28. RMBase v3.0：RNA修饰的景观、机制和功能

29. CancerProteome：破译癌症中蛋白质组景观资源

30. CROST：空间转录组综合数据库

31. FORGEdb：候选功能变异和复杂疾病靶基因识别工具

32. Open-ST：3D高分辨率空间转录组学

33. ​CanCellVar：人类癌症单细胞变异图谱数据库

34. dbCRAF：人类癌症中放射治疗反应调控知识图谱

35. DDID：饮食-药物相互作用综合资源可视化和分析

36. SCancerRNA：肿瘤非编码RNA生物标志物的单细胞表达与相互作用资源

37. CancerSCEM 2.0：人类癌症单细胞表达谱数据资源

38. LncPepAtlas：探索lncRNA翻译潜力综合资源

39. SPATCH：高通量亚细胞空间转录组学平台

40. MirGeneDB 3.0：miRNA家族和序列数据库