免疫系统中各种细胞的分型相当复杂，除传统的免疫细胞类型区分外，免疫细胞功能的强弱以及激活、抑制、耗竭等状态都会对免疫功能产生影响。这些影响不仅与感染性疾病和自身免疫病相关，也关系到移植后排斥和感染的发生。海量单细胞测序不仅可以从单细胞层面深入研究免疫细胞的类型细分与状态差异，还能分析细胞间彼此激活或抑制的复杂互作关系，为免疫学研究提供有力武器。
免疫系统由许多不同类型的细胞组成，这些细胞协同工作来感知和应对外来威胁和生理变化，以监测和维持机体健康。scRNA-seq 技术可以多维度地解析免疫系统中的各种细胞类型，并针对炎症、自身免疫和癌症免疫等方面开展深入研究。
免疫学中的单细胞基因组学
图片来自 Michael J T Stubbington, et al.Science. 2017;358(6359):58-63.
免疫系统中有着复杂的细胞间相互作用网络，这些相互作用对免疫功能极为重要。要想对免疫功能及其细胞间相互作用进行系统性的探索，需要对个体细胞、细胞类型、细胞功能及其相互作用进行综合研究，而这正是 scRNA-seq 技术的长项。scRNA-seq 技术不仅加速了我们对免疫机制的综合理解，并已逐渐成为该领域的重要研究手段。
免疫系统内互作网络
利用 scRNA-seq 技术，我们可以鉴定新型免疫细胞亚群，并对其在感染过程中体现出的分子特征、动力学和功能进行深入研究。这能够促进我们对感染性疾病机制和后续治疗策略的理解。在图中的例子里，研究者利用 scRNA-seq 技术，从结核病患者中鉴定出三个肺巨噬细胞亚群。这三个亚群均表现出不同的转录组特征。肺巨噬细胞免疫状态的变化表明，这些肺巨噬细胞亚群在结核病患者中可能起源于或需要适应不同的微环境。
免疫图谱研究。(A)识别新的免疫细胞亚型；(B)感染过程中免疫细胞情况的检测； (C)检测炎症反应的变化；(D)确定感染期间差异表达基因的免疫信号通路。
图片来自 Geyang Luo, et al. Computational and Structural Biotechnology Journal, 2020, 18:2962–2971.
免疫系统通过复杂的细胞因子调节网络来协同工作，以感知和应对外界环境及细胞内生理变化，维持免疫稳态。如果免疫系统动态平衡被打破，其正常功能受到干扰，就会导致自身免疫病的发生。scRNA-seq 可以从单细胞水平探究自身免疫病的发病机制，并寻找新的治疗靶点。在图中的例子里，研究者使用 scRNA-seq 技术，探索狼疮性肾炎的新型治疗靶点，发现患者体内趋化因子受体 CXCR4 和 CX3CR1 在肾脏免疫细胞中频繁表达，提示它们可能是潜在的治疗靶点。
狼疮性肾炎单细胞图谱
趋化因子和细胞因子介导的细胞网络
免疫系统在器官移植排斥和移植后感染中均发挥着重要的作用，但是其相关机制尚未完全阐明。scRNA-seq 技术为解析移植排斥及感染过程中复杂的免疫调控网络提供了有效的技术方法。在图中的例子里，研究者利用 scRNA-seq 技术发现，肾移植受者的内皮细胞形成了三个不同的亚群:静息细胞和两组激活的内皮细胞亚群。其中一组激活的内皮细胞表达 Fc 受体通路激活相关基因，该结果与受者发生抗体介导排斥反应的病理诊断一致。
内皮细胞分类
内皮细胞表达特征
