科學家嘗試繪制人體“地圖”

文/趙熙熙

美國國立衛生研究院（NIH）正在嘗試將新興技術轉化為有用的數據集，目的是研究人體數萬億個細胞究竟是如何相互連接和相互作用的。研究人員近日在《自然》雜志上撰文稱，人類生物分子圖譜計劃（HuBMAP）旨在描述人體生物化學環境以及單個細胞在人體主要器官中的位置。相關研究使用了被《科學》雜志譽為2018年年度突破的一項技術。

HuBMAP負責人、印第安納州西拉菲特市普渡大學分析化學家Julia Laskin說，其目標是“建立一個構成健康系統的基線”。她說，通過這種方式，研究人員將能夠發現疾病中出現的問題。

直到最近，生物醫學家對人體器官是如何工作的只有一個大致的了解。如今，他們成功地在特定組織中獲得了基因活動（當基因打開和關閉時）的信息。基因活動決定了細胞的功能，但器官由多種細胞組成，每一種細胞都有自己的分子結構。

2016年，利用使研究人員能夠對單個細胞進行常規研究的技術，來自全球的90位科學家推出了人類細胞圖譜（HCA），目的是對細胞在不同組織中的運作方式進行分類。

HCA創始成員之一、馬薩諸塞州劍橋市布羅德研究所計算系統生物學家Aviv Regev說，這項工作目前涉及來自65個國家的1500名科學家，獲得了許多機構的支持，包括維康基金會和歐盟的地平線2020計劃。

這篇近日發表在《自然》雜志上的論文的通訊作者、加利福尼亞州帕洛阿爾托市斯坦福大學基因學家Michael Snyder說，HuBMAP代表了美國政府對這一國際項目的承諾。

“希望HuBMAP能夠在領導能力和構建框架方面發揮重要作用”，這將有助于HCA與其他十幾個專注于特定器官（如大腦、肺、腎臟以及癌前組織和癌前組織)單細胞分析的項目結合起來。

這種融合將涉及建立通用的標準、協議和數據表示方法。“我們希望能夠盡可能多地比較‘蘋果和蘋果’‘橘子和橘子’。”Snyder說。

總的來說，NIH預計未來8年將在HuBMAP上花費2億美元。到目前為止，NIH已經在未來4年里向大約120名研究人員提供了5400萬美元的資助。

一些團隊將研究細胞本身——除了確定基因活性和使用其他組學方法外，他們還將使用熒光顯微鏡和成像方法收集關于蛋白質、脫氧核糖核酸修飾、脂質、核糖核酸和其他關鍵分子的空間信息，以構建細胞的三維地圖。

另一些團隊的任務是開發計算機工具，以一種連貫的方式呈現這些數據，并允許研究人員探索地圖集。

第三組團隊，包括Laskin在內，正在開發更好的技術來研究這些細胞。Laskin說，這樣的發展是必要的，因為對于單細胞，“你只需要非常少量的材料進行分析”。

《自然》雜志同時也發表了兩篇利用HCA新數據的論文。在一項研究中，英國紐卡斯爾大學皮膚科醫生Muzlifah Haniffa和她的同事研究了來自發育中的肝臟的14萬個細胞，以及7.4萬個皮膚、腎臟和卵黃囊細胞，并描述了血液和免疫系統是如何形成的。他們報告說，懷孕7到17周后，肝臟產生這些血液和免疫細胞的能力發生了變化。

在第二篇論文中，英國愛丁堡大學臨床科學家 Prakash Ramachandran及其同事使用單細胞技術描述了所有參與形成病變肝臟疤痕組織的細胞。這些細胞包括3個關鍵細胞的亞型——被稱為巨噬細胞的白細胞、排列在血管上的內皮細胞和被稱為肌成纖維細胞的瘢痕形成細胞。Ramachandran說，了解這些細胞以及它們如何與每個細胞交流，可以找到阻止疤痕形成的方法。

來自這兩篇論文的數據將成為正在開發的圖譜的一部分，NIH的Richard Conroy將其描述為身體的“谷歌圖譜”，在那里你可以深入到每個細胞的分子細節。上周，HCA在西班牙巴塞羅那市召開了一次會議，以了解這項努力的進展情況并討論如何向前推進。NIH將在明年春季與之共同主辦另一次會議。“令人興奮的是，”Regev說，“所有這些部件是如何組合在一起的。”