传统中医药TCM以系统调理和整体观为核心历经数千年临床验证。然而中药复方成分复杂具有多成分、多靶点、多途径整合调节的特点其外周与局部细胞响应机制难以清晰阐明是中医药现代化的核心瓶颈。传统组织测序难以应对高度异质的细胞微环境。单细胞RNA测序scRNA-seq则可在单细胞分辨率下精准捕获每个细胞的表达完美契合中医药整体调节与辨证论治的底层逻辑为机制研究提供了全新利器。单细胞测序 vs. 传统Bulk测序传统Bulk RNA测序如同将组织样本“榨汁”后测平均值虽然成本低、流程简单却无法区分不同细胞的转录差异容易掩盖稀有细胞和关键异质性而单细胞RNA测序scRNA‑seq能逐个解析细胞的基因表达图谱精准识别细胞类型、发现稀有亚群、重建发育轨迹尤其适合中医药“多成分、多靶点、整体调节”的复杂研究需求尽管成本和分析难度较高但其对细胞异质性的解析能力是Bulk测序无法比拟的。单细胞测序怎么做1️⃣ 制备单细胞悬液组织样本如肿瘤、肝、肾先通过酶解消化成单个细胞再用、微流控芯片或微孔板等技术把一个个细胞“抓出来”。这一步就像把一锅粥里的每一粒米都分开。2️⃣ 捕获RNA并反转录每个细胞里的RNA被捕获后反转录成更稳定的cDNA并进行扩增。3️⃣ 建库与高通量测序扩增后的cDNA被打上“细胞条形码”混合后一起上机测序。4️⃣ 生信分析数据出来后过滤低质量细胞、聚类分组、找标记基因、分析细胞轨迹、绘制细胞通讯网络……最终生成一张“细胞地图”告诉我们中药到底改变了哪些细胞、如何调节免疫、如何恢复平衡。中医药研究中的四大应用01肿瘤解密中药的免疫调节机制单细胞测序技术已成功用于揭示中药单体及复方在肿瘤微环境中的免疫调节作用Atractylenolide I白术内酯 I研究者从594种中药单体化合物中筛选发现白术内酯 I 是一种有效的肿瘤抗原呈递增强剂。当与抗 PD‑1 免疫检查点抑制剂联合使用时白术内酯 I 能够协同扩增高细胞毒性的 CD8⁺ T 细胞亚群从而增强抗肿瘤免疫应答Xu et al., 2021。Cycloastragenol黄芪环烷三醇CAG作为黄芪中的一种生物活性成分CAG 可显著抑制肿瘤生长。单细胞测序后的富集分析显示癌细胞中的 MHC‑I 分子通路被显著富集。进一步研究发现CAG 通过抑制 MHC‑I 的溶酶体降解途径增强抗原呈递能力使 CD8⁺ T 细胞和巨噬细胞能够更有效地识别和清除癌细胞。同时CD8⁺ T 细胞分泌 IFN‑γ 和 GZMB 的能力也显著增强Deng et al., 2022。Cordycepin虫草素虫草素在乳腺癌、肝癌、肾癌等多种癌症中表现出直接抗肿瘤活性并能调节免疫微环境。与抗 TIGIT 疗法联合使用时虫草素增加了肿瘤微环境中 CD45⁺ 细胞中 NK 细胞和树突状细胞的比例促进了它们与 CD4⁺ T 细胞和 CD8⁺ T 细胞的相互作用。联合治疗组的 NK 细胞中与活化相关的基因Slamf7、Ncr1、Cd226、Cd69表达升高而与抑制和耗竭相关的基因Klrg1、Klrd1、Klrc1、Pdc1、Lag3、Havcr2表达降低。此外虫草素联合抗 CTLA‑4 治疗可显著抑制肿瘤微环境中 CD8⁺ T 细胞的耗竭状态通过诱导趋化因子Ccl3、Ccl5的表达同时显著减少 Treg 细胞尤其是 eTreg 亚群的浸润Chen et al., 2023a; Chen et al., 2024d。EPPA紫锥菊均一多糖EPPA 能够促进肿瘤微环境中的巨噬细胞向 M1 型极化并增加 IFN‑γ⁺ CD8⁺ T 细胞的数量从而增强对肿瘤的细胞毒性反应。其机制与 EPPA 增强活化巨噬细胞中 IL‑1β 的产生有关Ren et al., 2023。Xian‑Lian‑Jie‑Du Decoction仙连解毒汤XLJDD该复方被证明可以减少结直肠肿瘤中的 B 细胞浸润。单细胞测序分析提示XLJDD 对 B 细胞的调控可能由铁死亡通路介导因为该通路在差异基因分析中被显著富集Yu et al., 2022。Shenmai Injection参麦注射液SMI在非小细胞肺癌模型中SMI 与 PD‑1 抑制剂联合治疗可增强 NK 细胞浸润并重编程肿瘤微环境从而提高 PD‑1 抑制剂的疗效。与 PD‑1 抑制剂单药治疗相比联合治疗组中富集了更高比例的 GZMAʰⁱᵍʰ NK 细胞亚群、XCLʰⁱᵍʰ NK 细胞、M1 样巨噬细胞、CD69⁺ CD4⁺ 组织驻留记忆 T 细胞TRM、KLRB1⁺ CD4⁺ Th17 样 T 细胞以及 SELL⁺ CD4⁺ T 细胞Yu et al., 2023。Compound Kushen Injection复方苦参注射液CKICKI 联合化疗可增加肿瘤浸润 CD8⁺ T 细胞的百分比抑制促肿瘤信号通路并促进 T 细胞活化和免疫应答的正向调控Liu et al., 2022b。02炎症与自身免疫病绘制免疫微环境的动态图谱单细胞测序帮助解析中药如何在炎症和自身免疫疾病中恢复免疫平衡Kurarione苦参酮研究者构建了自身免疫性葡萄膜炎的高分辨率单细胞图谱发现苦参酮能够抑制与该疾病相关的炎症和自身免疫基因表达。重要的是苦参酮通过减轻炎症损伤恢复了 Th17辅助性 T 细胞 17与 Treg调节性 T 细胞之间的平衡Gu et al., 2024。Qing‑Fei‑Pai‑Du Decoction清肺排毒汤QFPDD在新冠病毒诱导的肺炎小鼠模型中QFPDD 降低了巨噬细胞的比例同时增加了 T 细胞和 B 细胞的比例从而调节免疫应答。在肝组织中肝细胞、巨噬细胞和中性粒细胞是受影响最显著的细胞类型。QFPDD 重编程了疾病损伤的转录调控网络减少了疾病诱导的巨噬细胞/中性粒细胞与其他细胞类型之间的增强相互作用Tian et al., 2022a。Sanguisorba officinalis ethyl acetate extract地榆乙酸乙酯提取物SOEA在溃疡性结肠炎模型中SOEA 降低了成纤维细胞和巨噬细胞的比例同时不同程度地增加了粒细胞和 T 细胞的比例。KEGG 富集分析显示差异表达基因显著富集于 PI3K‑AKT 通路。细胞轨迹分析表明SOEA 处理组展现出与模型组不同的细胞演化轨迹。此外模型组与 SOEA 组结肠样本的细胞间通讯模式也呈现相反的特征Li et al., 2023。Dihydroartemisinin双氢青蒿素DHA在类风湿关节炎大鼠模型中DHA 显著减轻了关节肿胀和疼痛。scRNA‑seq 分析鉴定出成纤维细胞、巨噬细胞、B 细胞和内皮细胞是 DHA 的关键细胞靶点。DHA 通过促进巨噬细胞从促炎的 M1 表型向抗炎的 M2 表型转化来调节细胞微环境。同时DHA 能部分逆转类风湿关节炎大鼠中 B 细胞的总数异常表明 DHA 也调控了 B 细胞的免疫微环境Guo et al., 2024。Syringin紫丁香苷同样在类风湿关节炎中紫丁香苷被证实可抑制 M1 巨噬细胞极化并促进 M2 极化。通过 scRNA‑seq 分析研究者发现紫丁香苷能够阻断巨噬细胞与成纤维样滑膜细胞之间的异常对话crosstalk这是类风湿关节炎发病的关键环节之一Cong et al., 2025。Qingfei Yin清肺饮QFY在肺炎链球菌感染的小鼠模型中清肺饮主要靶向肺上皮细胞。通过对感染后及清肺饮治疗后小鼠肺上皮细胞的差异表达基因进行分析发现清肺饮可下调 p62 表达从而调节自噬和坏死性凋亡信号通路Tian et al., 2025。03心脑血管疾病从细胞层面解析中药保护作用单细胞或单细胞核测序技术已用于揭示中药对心脏和脑组织的保护机制Qi‑Po‑Sheng‑Mai Granule启脾生脉颗粒在乙酰胆碱/氯化钙诱导的心房颤动模型中研究者采用单细胞核 RNA 测序snRNA‑seq发现成纤维细胞、内皮细胞、心肌细胞和巨噬细胞是主要细胞类型。启脾生脉颗粒处理后心肌细胞中有 1215 个基因表达发生变化其中 83 个上调、94 个下调。该方剂主要通过调控钙信号通路来调节心肌细胞功能Shi et al., 2023。Shexiang Baoxin Pill麝香保心丸SBP研究者同样使用 snRNA‑seq 技术发现SBP 能够减轻缺血再灌注损伤引起的内皮细胞和平滑肌细胞减少。SBP 还增加了成纤维细胞的比例同时减少了髓系细胞和 T 细胞的变化。进一步研究表明SBP 抑制了这些细胞的活化和增殖相关基因的表达并促进了内皮细胞向成纤维细胞的转化Lin et al., 2023。Buyang Huanwu Decoction补阳还五汤BYHWD在脑缺血模型中BYHWD 处理后不同细胞类型的分布与模型组存在差异。由于内皮细胞在缺血侧皮层区域占比最大研究者筛选了差异基因以进一步阐明 BYHWD 对内皮细胞的调控作用。结果表明BYHWD 增强了内皮细胞之间的通讯并促进血管新生Chen et al., 2024e。Huoxue Tongluo Tablet活血通络片HXTL在动脉粥样硬化模型中HXTL 通过促进 Trem2⁺ 巨噬细胞的分化来增强胞葬作用efferocytosis即清除凋亡细胞的能力从而预防动脉粥样硬化。其机制涉及 PPARγ 信号通路的激活He et al., 2025。Huanglian Jiedu Decoction黄连解毒汤HLJD在缺血性中风研究中研究者收集了小鼠的外周血和脑组织进行 scRNA‑seq 分析。结果显示HLJD 治疗后 B 细胞的变化最为显著。同时HLJD 改变了急性中风阶段的 T 细胞动态和转录活性。特别值得注意的是双阴性 T 细胞DNT即同时缺乏 CD4 和 CD8 标记的 T 细胞亚群在缺血性中风中发挥重要作用。通过拟时序分析研究者发现 Kill⁻ DNT 可能是 Kill⁺ DNT 的前体在缺血性中风过程中从静息状态Kill⁻向活化状态Kill⁺转变。HLJD 治疗似乎能抑制这种向活化状态的转变而 Kill⁺ DNT 表现出更强的细胞毒性相互作用和促炎作用。这些结果表明HLJD 通过调节 DNT 细胞的活性和分布在缺血性中风中发挥神经保护作用Wang et al., 2025。04安全性评价精准识别中药毒性靶细胞传统毒性评价方法主要使用细胞系或动物模型难以检测到细胞水平的细微损伤而 scRNA‑seq 可精确定位毒性作用的细胞亚型Triptolide雷公藤甲素TP雷公藤甲素是雷公藤的有效活性成分但也具有明显的毒性。-肾毒性研究者使用 scRNA‑seq 绘制了 TP 暴露后肾细胞的完整图谱。结果显示TP 组中成纤维细胞和免疫细胞的相对比例显著降低表明 TP 可能通过影响特定细胞亚型来诱导肾毒性损伤。由于近端小管细胞是肾脏中最丰富的细胞类型之一研究者对其进行了深入分析发现 TP 可影响近端小管的不同亚型并通过激活肾脏中的细胞免疫相关通路来破坏血管内皮功能。此外TP 还诱导了免疫细胞失调并影响了不同细胞类型之间的相互作用Wu et al., 2024。-生殖毒性研究者构建了暴露于 TP 的睾丸细胞单细胞转录图谱发现 TP 引起的基因和通路变化涉及睾丸中多种不同的细胞类型为减轻 TP 相关的睾丸毒性提供了潜在的治疗靶点Zhang et al., 2023a。Triptygium Glycosides Tablets雷公藤多苷片TGTTGT 是临床上常用于治疗类风湿关节炎的中成药但其潜在的急性肝毒性备受关注。研究者对 TGT 诱导的急性肝损伤小鼠的肝组织进行了 scRNA‑seq 分析发现 TGT 在不同空间位置的肝内皮细胞中触发炎症反应导致肝细胞炎症、凋亡和脂肪酸代谢功能障碍同时破坏肝淋巴细胞的免疫功能并干扰肝微环境中的细胞间信号传导Guo et al., 2023。Aristolochic acid I马兜铃酸 IAAI研究者利用 scRNA‑seq 首次建立了小鼠肝脏响应 AAI 的单细胞图谱。研究发现AAI 可以激活肝窦内皮细胞中多个与氧化应激和炎症相关的信号通路诱导细胞凋亡。同时AAI 促进肝细胞毒性 T 细胞的浸润激活促炎性巨噬细胞和中性粒细胞释放炎症因子加剧炎症反应。这些发现为揭示马兜铃酸诱导肝毒性的分子特征提供了单细胞水平的证据Luo et al., 2022。单细胞测序与中医证候研究中医辨证论治的核心在于对疾病某一阶段或某一类型的病理状态进行总结形成“证候”概念如八纲阴阳、表里、寒热、虚实辨证。然而传统辨证主要依赖“望闻问切”四诊主观性强缺乏客观量化的分子标志物。单细胞测序技术的出现为中医证候研究打开了全新的客观化、精准化路径。scRNA‑seq 能够从以下四个维度揭示证候的生物学本质分析不同证型中各类细胞亚群的比例差异筛选证候相关的差异表达基因提供潜在生物标志物解析不同证型间免疫功能变化的差异及其调控机制揭示证候如何影响细胞‑细胞相互作用网络进而影响疾病发生与发展。其核心优势在于将中医“宏观辨证”的经验描述与“微观指标”如细胞异质性、基因表达特征直接关联推动证候研究从定性向定量转化。案例一结直肠癌中医证型与肿瘤细胞异质性的关系Lu et al., 2021研究者使用Smart‑seq2技术从 11 例原发性结直肠癌肿瘤中分离出 662 个细胞成功鉴定并验证了 14 个细胞亚群。主要发现细胞亚群比例的差异在实证Excess Syndrome, ES、虚证Deficiency Syndrome, DS和虚实夹杂证Deficiency‑Excess Syndrome, DES三种证型中肿瘤内细胞亚群的构成比例存在显著差异。不同证型的细胞谱系比例也各不相同提示结直肠癌的中医证型与肿瘤内细胞亚群的分布及异质性密切相关。差异表达基因与分子标志物研究筛选出与上皮‑间充质转化EMT相关的差异表达基因如ELF3和KRT8。这些基因为寻找结直肠癌中医证型的分子标志物提供了重要方向。细胞轨迹分析揭示证型动态演变通过拟时序分析pseudotime analysis研究者发现-虚证DS贯穿肿瘤细胞功能演化的全过程-虚实夹杂证DES主要出现在肿瘤演化的中期-实证ES主要出现在肿瘤演化的后期。这一结果首次在单细胞层面揭示了中医证型与肿瘤细胞功能演化阶段之间的动态对应关系为理解“证候传变”提供了科学注解。案例二肝细胞癌HCC脾虚证与癌相关成纤维细胞的交互增强Chen et al., 2024e研究者将单细胞测序与空间转录组学技术相结合对肝细胞癌患者的肿瘤组织进行分析。主要发现在大多数脾虚证Spleen‑Deficiency Syndrome的肝细胞癌患者中癌细胞与癌相关成纤维细胞Cancer‑Associated Fibroblasts, CAFs之间的相互作用显著增强。这种增强的细胞间对话可能通过促进肿瘤微环境的重编程加速肝细胞癌的进展。该研究为“脾虚证加速 HCC 进展”这一中医理论提供了单细胞层面的分子解释脾虚状态下癌细胞与 CAFs 的异常互动可能是关键驱动因素。参考文献Chen X, Liu J, Lu P, et al. Unraveling Traditional Chinese Medicine with single-cell RNA sequencing: Current applications and future frontiers. Phytomedicine 中医药研究如何做出机制深度 单细胞测序如何助力中药高分文章发表 如何从海量公共数据中找到创新靶点和研究方向瑞兴生物提供单细胞研究一站式解决方案✓ 单细胞测序✓ 单细胞多组学✓ 空间转录组/空间蛋白组✓ 单细胞三代全长转录组✓ 公共数据库深度挖掘✓ RNA调控机制研究✓ 功能验证与机制闭环设计覆盖课题设计、实验实施、生信分析、机制挖掘到文章发表/课题申请助力中医药研究从“现象发现”走向“机制突破”。