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SiCmiR：单细胞 miRNA 图谱揭示人类癌症枢纽miRNA 和网络特征

已有 1613 次阅读 2025-9-3 11:22 |个人分类:科普|系统分类:科普集锦

SiCmiR：单细胞 miRNA 图谱揭示人类癌症枢纽miRNA 和网络特征

miRNA（微小 RNA）是调控基因表达的小型非编码 RNA，主要通过与 mRNA 的 3'-非翻译区（3'UTR）结合起抑制作用，一般启动 mRNA降解和阻断翻译，尽管已有报道称某些 miRNA 可以稳定mRNA 和增强其活性。miRNA 的失调及其蛋白质翻译的该调控网络支撑着几乎所有癌症特征——增殖、干性特征、入侵和免疫逃逸——使 miRNA 成为有价值的生物标志物和治疗切入点。

根据 miRBase 记录，已鉴定出 2656 个成熟的人类miRNA，尽管并非所有都被赋予了功能意义。这一知识空白可能归因于样本量不足、测序批次效应等因素在捕捉真正的miRNA 景观方面存在局限性。此外，现有方法识别与疾病 miRNA，例如加权基因共表达网络分析(WGCNA)，它通过拓扑重叠检测共表达模式和枢纽节点或者基于注释的方法依赖于 miRNA 靶点数据库，存在不完整的问题功能注释和有限的覆盖范围。机器学习和深度学习模型已被引入，基于已知的 miRNA-疾病关系来预测与疾病miRNA，然而由于肿瘤异质性，挑战依然存在。

虽然单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）在 mRNA 水平上已取得显著进展研究方面，单细胞 miRNA 测序仍处于早期阶段。当前单细胞 miRNA 分析技术面临多个障碍，包括依赖 polyadenylation、接头二聚体形成、数据高度稀疏，难以区分 miRNA 与其他小非编码 RNA，以及协议重现性不一致。这些技术限制阻碍了 miRNA 和癌症枢纽miRNA识别，强调了改进方法的必要性。最近的研究如 miRSCAPE 和 miTEA-HiRes 显著提高了单细胞分辨率的 miRNA活性检测。miRSCAPE 需要大约 20,000 个基因特征，因此在 scRNA-seq 中存在零膨胀问题。miTEA-HiRes 通过推断 miRNA 活性来测试空间转录组斑点内的靶基因富集，这一过程依赖于标准目标列表，因而未能捕捉到连续的 miRNA 表达谱。

最近，SiCmiR（图1，https://github.com/Cristinex/SiCmiR）通过（i）仅依赖 977 个关键基因，（ii）支持单细胞输入，无需预聚类。实验结果表明，SiCmiR 在肝细胞中显示出其鲁棒性。为了最大化该方法的效用，SiCmiR进一步整理了预测结果。在多个数据集上，如 SiCmiR-Atlas，一个公开可搜索的数据库，这是第一个公开的用于单细胞成熟 miRNA 表达的数据库，提供交互式可视化，生物标志物挖掘和细胞类型解析的 miRNA-靶标网络。通过结合批量衍生的统计能力与单细胞精细度，SiCmiR 建立了解析异质性组织中 miRNA 调控的实用途径，并加速了肿瘤学中的生物标志物发现。

图1 SiCmiR 工作流程、应用和可视化示意图。A SiCmiR Atlas 的构建，存储跨不同细胞类型、疾病背景和四个适用功能模块的推断 miRNA 表达。B 在疾病生物标志物发现、药物反应预测、细胞类型特异性 miRNA 表达谱预测、核心 miRNA 发现和 miRNA 介导的细胞间通讯等多任务应用中展示了 SiCmiR 模型的鲁棒性，利用批归一化深度神经网络从关键 mRNA 特征中推断 miRNA 表达谱

参考文献

[1] Cai X X, Liao J S, Ma J J, et al. SiCmiR Atlas: Single-Cell miRNA Landscapes Reveals Hub-miRNA and Network Signatures in Human Cancers. arXiv preprint arXiv:2508.05692, 2025. https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.05692

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