细胞间通讯在疾病发生发展过程中起着至关重要的作用，其中细胞外囊泡介导的细胞间通讯通过分泌含有miRNA等信号分子的胞外囊泡调控靶细胞内的靶基因及其下游通路，是除配受体互作之外另一种重要的细胞间通讯方式。近年来，snRandom-seq、Smart-seq-total、VASA-seq、STRS-Visium等多种单细胞转录组测序技术实现了单细胞内编码RNA与miRNA等非编码RNA的同时测定，为细胞外囊泡miRNA介导的细胞间通讯推断提供了技术和数据支撑。然而，目前尚无针对细胞外囊泡miRNA-靶基因互作介导的细胞间通讯推断方法。
浙江大学范骁辉教授团队与杭州医学院徐骁教授团队合作在Genome Biology上发表题为“Extracellular vesicle-derived miRNA-mediated cell–cell communication inference for single-cell transcriptomic data with miRTalk”的论文，主要介绍了全球首个基于单细胞转录组数据的细胞外囊泡miRNA-靶基因互作介导的细胞间通讯推断通用方法miRTalk。该方法综合考虑了信号发送细胞中细胞外囊泡的分泌潜力及miRNA的基因表达水平、信号接收细胞中miRNA加工复合体的活性及靶基因的基因表达水平。第一作者为浙江大学长三角智慧绿洲创新中心邵鑫研究员和俞铃琪博士后，通讯作者为浙江大学长三角智慧绿洲创新中心范骁辉教授和邵鑫研究员，以及杭州医学院徐骁教授。
该研究受到国家自然科学基金、浙江省“尖兵”“领雁”等项目的支持。浙江大学长三角智慧绿洲创新中心高性能计算集群为该课题提供了算力支持。
研究表明（图1），miRTalk在模拟和真实数据上均表现出超高的细胞间通讯推断准确性，实现了信号发送细胞外囊泡miRNA调控信号接收细胞内靶基因的精准预测，包括细胞外囊泡miRNA与靶基因的负调控关系（经典的调控模式）、细胞外囊泡miRNA与靶基因的正调控关系（近年来新发现的调控模式）。此外，miRTalk在细胞外囊泡miRNA-靶基因介导的自分泌、旁分泌通讯推断上也实现了超高的准确性与鲁棒性。
图1为miRTalk的性能测试结果
在小鼠肾纤维化单细胞转录组数据上的研究表明（图2），血管平滑肌细胞（VSMC）在肾损伤后会高表达细胞外囊泡miR-27a-3p，抑制肾小球壁层上皮细胞（PEC）内Epha4的基因表达，加速PEC的上皮间质转化（EMT）进程，导致肌成纤维细胞的不断累积。并且，受损的VSMC也会分泌细胞外囊泡miR-132-3p，靶向作用于肌成纤维细胞，抑制其Btg2等基因的表达，从而促进肌成纤维细胞的不断增值，进一步加重肾纤维化。
图2为miRTalk在解析肾纤维化细胞间通讯机制的应用案例
在人胶质母细胞瘤、小鼠骨骼肌损伤修复、大鼠肝移植等其他应用案例上的研究进一步表明，miRTalk可用于准确解析针对人、小鼠、大鼠单细胞转录组和空间转录组数据的细胞间通讯新机制，为解析疾病发生发展过程中细胞外囊泡miRNA-靶基因互作依赖的器官内、跨器官细胞间通讯机制提供了强有力的分析和可视化工具。
参考文献：
Extracellular vesicle-derived miRNA-mediated cell-cell communication inference for single-cell transcriptomic data with miRTalk. Genome Biol. 2025 April 14;26:95.
外泌体资讯网 Genome Biol｜浙江大学范骁辉团队/杭州医学院徐骁团队：细胞外囊泡miRNA介导的细胞间通讯推断新方法
