迄今最全跨組織細(xì)胞圖譜繪成

文／張夢(mèng)然

人類(lèi)細(xì)胞圖譜（HCA）計(jì)劃的目標(biāo)是繪制出人體中的每種細(xì)胞類(lèi)型，從而改變我們對(duì)生物學(xué)、感染和疾病的認(rèn)識(shí)。美國(guó)《科學(xué)》雜志13日連發(fā)四篇論文，描述了國(guó)際HCA聯(lián)盟研究人員已創(chuàng)建出人體33個(gè)器官和系統(tǒng)中超過(guò)一百萬(wàn)個(gè)細(xì)胞的高度詳細(xì)的圖譜。該圖譜的完成為人類(lèi)健康和疾病（包括免疫系統(tǒng)）提供了新的生物學(xué)見(jiàn)解，被認(rèn)為是單細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域取得的一個(gè)里程碑式的進(jìn)步。

這些互補(bǔ)的多組織細(xì)胞圖譜將有助于形成單一的人類(lèi)細(xì)胞圖譜，并具有許多治療意義，或?qū)椭茖W(xué)家重新認(rèn)識(shí)常見(jiàn)和罕見(jiàn)疾病、疫苗開(kāi)發(fā)、抗腫瘤免疫學(xué)和再生醫(yī)學(xué)。這些圖譜已開(kāi)放獲取，允許研究人員詳細(xì)比較人體全身的特定細(xì)胞，揭示新的細(xì)胞功能。

深入研究跨組織的免疫系統(tǒng)

在《科學(xué)》合集的第一篇論文中，英國(guó)劍橋大學(xué)威康·桑格研究所研究人員及其合作者對(duì)來(lái)自12個(gè)成年器官捐贈(zèng)者的16個(gè)組織中的330000個(gè)免疫細(xì)胞的RNA逐一進(jìn)行了測(cè)序，以了解免疫細(xì)胞在不同組織中的功能。

在創(chuàng)建人體內(nèi)免疫細(xì)胞的精選目錄后，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種機(jī)器學(xué)習(xí)工具CellTypist來(lái)自動(dòng)識(shí)別細(xì)胞類(lèi)型。使用該工具，他們確定了大約一百種不同類(lèi)型的免疫細(xì)胞，包括特定的巨噬細(xì)胞、T細(xì)胞和B細(xì)胞，以及它們?cè)诓煌M織中的分布。

HCA聯(lián)盟委員會(huì)聯(lián)合主席、威康桑格研究所細(xì)胞遺傳學(xué)負(fù)責(zé)人薩拉·鐵奇曼博士說(shuō)：“通過(guò)HCA對(duì)細(xì)胞的詳細(xì)了解，將有助于解釋人類(lèi)健康和疾病的方方面面。通過(guò)比較來(lái)自同一供體的多個(gè)組織中的特定免疫細(xì)胞，我們確定了身體不同區(qū)域中不同類(lèi)型的記憶T細(xì)胞，這可能對(duì)控制感染產(chǎn)生重大影響。”

在《科學(xué)》合集的第二項(xiàng)研究中，桑格研究所研究人員和合作者創(chuàng)建了一個(gè)跨越9個(gè)器官的人類(lèi)免疫系統(tǒng)發(fā)育圖譜，揭示了參與血液和免疫細(xì)胞形成的組織，這將增強(qiáng)人們對(duì)免疫疾病的理解。它還揭示了隨著人體生長(zhǎng)而丟失的細(xì)胞類(lèi)型，為體外細(xì)胞工程和再生醫(yī)學(xué)研究提供了信息。

研究人員使用空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)和單細(xì)胞RNA測(cè)序來(lái)繪制特定細(xì)胞在發(fā)育組織中的確切位置。研究人員識(shí)別出一種新型的B細(xì)胞，以及出現(xiàn)在生命早期階段的獨(dú)特T細(xì)胞。該團(tuán)隊(duì)使用來(lái)自其他人類(lèi)細(xì)胞圖譜研究的數(shù)據(jù)，證明了這些特定的免疫細(xì)胞并不會(huì)在成人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)。

冷凍組織的圖譜揭示罕見(jiàn)和常見(jiàn)疾病基因

單細(xì)胞圖譜的目標(biāo)之一是繪制特定細(xì)胞類(lèi)型，其中包括在整個(gè)人體中發(fā)揮作用的疾病基因，如導(dǎo)致肌肉萎縮癥等罕見(jiàn)疾病或?qū)е滦呐K病等常見(jiàn)疾病風(fēng)險(xiǎn)的基因。它需要對(duì)所有細(xì)胞類(lèi)型進(jìn)行分析，包括難以捕獲的骨骼肌細(xì)胞、脂肪細(xì)胞和神經(jīng)元。來(lái)自大量個(gè)體的細(xì)胞也很重要，需要科學(xué)家在分析前收集和冷凍組織。

在《科學(xué)》合集的第三項(xiàng)研究中，美國(guó)哈佛博德研究所研究人員及其合作者揭示了他們?nèi)绾蝺?yōu)化單核RNA測(cè)序以克服使用冷凍細(xì)胞帶來(lái)的挑戰(zhàn)，他們創(chuàng)建了一個(gè)跨組織圖譜來(lái)分析來(lái)自多個(gè)冷凍儲(chǔ)存組織的200000個(gè)細(xì)胞，重點(diǎn)關(guān)注罕見(jiàn)和常見(jiàn)疾病基因。然后，該團(tuán)隊(duì)使用新的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，系統(tǒng)地將圖譜中的細(xì)胞與6000種單基因疾病和2000種復(fù)雜的遺傳疾病和性狀相關(guān)聯(lián)，以識(shí)別可能與疾病有關(guān)的細(xì)胞類(lèi)型和基因程序，從而揭示了研究健康和疾病的多個(gè)新起點(diǎn)。

HCA聯(lián)盟聯(lián)合主席艾偉福·雷杰夫博士說(shuō)：“我們的單核人類(lèi)細(xì)胞圖譜研究展示了一種強(qiáng)大的規(guī)模方法，可通過(guò)深度學(xué)習(xí)計(jì)算的進(jìn)步來(lái)分析全身冷凍組織樣本中的細(xì)胞，并為在單細(xì)胞水平上研究來(lái)自整個(gè)患者群組的組織開(kāi)辟了道路。通過(guò)直接將細(xì)胞與人類(lèi)疾病生物學(xué)和跨組織疾病風(fēng)險(xiǎn)基因聯(lián)系起來(lái)，我們能夠?yàn)槔斫舛喾N疾病創(chuàng)建新的路線圖。”

廣泛的跨組織細(xì)胞圖譜Tabula Sapiens

《科學(xué)》合集中的最后一篇論文描述了來(lái)自陳·扎克伯格生物中心研究人員進(jìn)行的一項(xiàng)大型的跨組織研究。該團(tuán)隊(duì)使用活細(xì)胞的單細(xì)胞RNA測(cè)序來(lái)分析來(lái)自同一供體的許多器官，這使得跨組織比較能夠控制遺傳背景、年齡和環(huán)境影響。近50萬(wàn)個(gè)細(xì)胞的集合提供了來(lái)自活細(xì)胞的獨(dú)特廣泛的跨組織圖譜，并創(chuàng)建了一個(gè)被研究人員稱(chēng)為T(mén)abula Sapiens的數(shù)據(jù)集。

Tabula Sapiens數(shù)據(jù)集詳細(xì)描述了400多種特定細(xì)胞類(lèi)型、它們的分布和跨組織基因表達(dá)的變化。此外，通過(guò)對(duì)活細(xì)胞的分析，研究人員還實(shí)現(xiàn)了對(duì)單細(xì)胞圖譜中替代基因剪接的首次大規(guī)模分析。該研究提供了大量經(jīng)人類(lèi)專(zhuān)家注釋的細(xì)胞資源，這將為基礎(chǔ)生物學(xué)和疾病研究提供重要的新見(jiàn)解。

陳·扎克伯格生物中心主任、斯坦福大學(xué)生物工程和應(yīng)用物理學(xué)教授斯蒂芬·考克教授說(shuō)：“Tabula Sapiens是一個(gè)參考圖譜，提供了人體24個(gè)器官的數(shù)百種細(xì)胞類(lèi)型。科學(xué)界將在未來(lái)許多年從這一資源中發(fā)現(xiàn)對(duì)人類(lèi)生物學(xué)的新見(jiàn)解。”

HCA跨組織數(shù)據(jù)和工具開(kāi)放獲取

HCA是一個(gè)國(guó)際合作聯(lián)盟，旨在繪制健康人體中的細(xì)胞類(lèi)型圖譜，為研究健康和疾病提供前所未有的資源。HCA是一個(gè)開(kāi)放的、前沿的、以科學(xué)家為主導(dǎo)的聯(lián)盟，擁有來(lái)自全球83個(gè)國(guó)家的2300多名成員。

HCA數(shù)據(jù)已開(kāi)放獲取，全球研究人員可通過(guò)HCA數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)平臺(tái)，如劍橋細(xì)胞圖譜、博德單細(xì)胞門(mén)戶(hù)和加州大學(xué)圣塔克魯茲分校細(xì)胞瀏覽器訪問(wèn)這些數(shù)據(jù)。

HCA聯(lián)盟成員、瑞典卡羅林斯卡學(xué)院司藤·林納森教授說(shuō)：“人類(lèi)細(xì)胞圖譜正在改變我們對(duì)生物學(xué)和疾病的理解。這些跨組織研究通過(guò)對(duì)發(fā)育和成年期的相同細(xì)胞類(lèi)型進(jìn)行系統(tǒng)、深入的比較，是單細(xì)胞生物學(xué)研究的一個(gè)里程碑。它們是向涵蓋人體所有細(xì)胞類(lèi)型的人類(lèi)細(xì)胞圖譜邁出的一大步，為診斷、醫(yī)療保健和精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的新時(shí)代奠定了基礎(chǔ)。”

（文章來(lái)源：《科技日?qǐng)?bào)》）