从脐带血开始被用于骨髓重建到现在用于肿瘤免疫治疗已经有数十年的历史。脐带血是造血干细胞和免疫细胞十分丰富的来源，而且具有采集方便、无侵害性的优点。由于脐带血中的免疫细胞处于免于外界病原侵扰的环境中，因此相对于外周血免疫细胞更加幼稚。这种特性降低了淋巴细胞的同种异体排异反应潜能，在脐带血移植时的移植物抗宿主病风险也更低。脐带血中的免疫细胞也在抗病毒等微生物感染的过程中发挥着重要的作用。虽然脐带血现在被广泛用于重要的临床应用，但我们对其中的细胞组成和分子特征了解尚不完全。随着技术的进步和探索的加深，脐带血细胞也表现出了令人惊奇的异质性，而这些异质性也显著影响着脐带血细胞的临床应用策略。单细胞转录组学测序技术的出现为细致的探索脐带血有核细胞的异质性和推断其功能提供了强有力的工具。
　　本研究从两个脐带血样本中筛选了有核细胞，通过10xGenomicsChromiumSystem单细胞平台和BGISEQ-500测序仪对脐带血有核细胞进行了单细胞转录组测序。同时还引入了两份用相同平台产生的包含11948个外周血单核细胞的单细胞转录组数据作为脐带血样本的参照。在合并脐带血单细胞数据和外周血单细胞数据后进行了严格的多维度的质量控制和过滤。接着运用多种方法对数据进行了批次效应矫正与评估，确定了最适合本研究的去批次效应方法。然后运用聚类和降维的方法对单细胞数据进行了可视化及细胞类型的定义。最后对于脐带血中的有核红细胞、造血干细胞和细胞毒性细胞进行了更加深入的探究。
　　本研究首次报告了两份脐带血样本中7852个(UCB1)和9785(UCB2)个有核细胞在单细胞水平上的转录组图谱。脐带血中平均每个有核细胞检测到基因数分别为1270和1460，涵盖了包括有核红细胞、T淋巴细胞、造血干细胞在内的12种主要细胞类型。
　　时序分析推测了有核红细胞成熟过程中的线性变化及双极性特征，展示了有核红细胞群体在脐带血内成熟过程中细胞形态的改变、表达谱的重编程以及潜在的转录组程序的激活差异。揭示了脐带血可能是有核红细胞发育成熟的重要场所。
　　首次发现了存在于脐带血中的新祖细胞亚群。这群祖细胞为CD34阴性但仍与CD34阳性祖细胞表达谱相似性非常高。其同时表达粒细胞-单核细胞祖细胞(GMP)、肥大细胞和嗜碱性粒细胞的标志基因。时序分析推断此细胞可能为脐带血中从GMP分化成为肥大细胞和嗜碱性粒细胞中间时期的双能性祖细胞，命名为uIBC(umbilical intermediate bi-potent cells)。
　　单细胞数据揭示了脐带血与外周血中细胞毒性免疫细胞包括NK细胞、NKT细胞和细胞毒性T细胞丰富的异质性。通过颗粒酶K、颗粒酶B以及细胞谱系基因，重新定义出了脐带血和外周血中的五个细胞毒性细胞亚群，其中发现了脐带血中独有GZMB阳性的NKT细胞亚群。GO分析揭示了GZMB阳性NKT细胞在脐带血先天性免疫中发挥的重要作用。差异基因的整合分析与共表达分析，分别揭示了广泛存在的与GZMB和GZMK细胞亚群内的细胞毒性功能核心基因模块。
　　本研究提供了首个脐带血有核细胞单细胞层面的表达图谱，为传统bulkRNA测序及单细胞测序提供了精细的转录组补充和参考。该数据还为后续的祖细胞、免疫细胞和有核红细胞的功能性研究提供了丰富的数据资源。有核红细胞与祖细胞的分析填补了造血系统发育的重要过程，为以后研究指引了新的方向。细胞毒性细胞亚群的研究为提高脐带血细胞过继治疗肿瘤的效果和抵抗微生物感染提供了重要的线索。本研究提供的关键信息无疑将成为促进临床创新、开发更有疗效和更具效益的脐带血治疗方案的最新动力。