《Science》四篇论文：绘制人类33个器官中的100万种细胞类型

一项国际研究工作公布了迄今为止最广泛的人体单个细胞参考图，这一知识可能会彻底改变健康和疾病的研究。

研究人员本周宣布，大量的人类细胞图谱包含了33个器官和系统中超过100万个单个细胞的详细图谱。

“你可以把它想象成人体的谷歌地图，”英国维康桑格研究所(Wellcome Sanger Institute)细胞遗传学负责人、人类细胞图谱组织委员会(Human Cell Atlas Organizing Committee)联合主席萨拉·泰希曼(Sarah Teichmann)说。“我们真正想要的是对单个细胞以及它们在组织中的位置的街道地图。”

根据5月13日发表在《科学》(Science)杂志上的一系列论文，最新加入的图谱包括对来自24种人体组织和器官的近50万个细胞的图谱绘制，包括肺、皮肤、心脏和血液。

美国科学促进会(American Association for the Advancement of Science)发言人梅根·费兰(Meagan Phelan)说:“这四篇论文是创建完整的人类细胞图谱草案的一个里程碑。”

人类细胞图谱项目是一个开放的、由科学家领导的联盟，拥有来自全球83个国家的2300多名成员。

陈-扎克伯格生物中心网络(Chan Zuckerberg Biohub Network)总裁、斯坦福大学(Stanford University)生物工程和应用物理学教授斯蒂芬·奎克(Stephen Quake)说，这项工作与人类基因组计划(Human Genome Project)并立，后者一直致力于绘制整个人类基因结构。

“人们通常认为基因组是生物体的蓝图，但这并不完全正确，”Quake说。“基因组更像是一个零件清单。每种细胞类型都使用不同的一组部件。我们在这里能够共同做的是帮助理解和解释基因组的不同部分是如何被用来定义不同的细胞类型的。”

指导新疗法

研究人员说，该图谱旨在帮助科学家了解受疾病影响的精确细胞，以及用于治疗这些疾病的药物，从而帮助未来的医学研究。

例如，研究人员已经了解到，不同类型的细胞——如免疫细胞或上皮细胞——在身体的不同部位扮演着不同的角色，不同细胞类型之间存在着微妙的器官特异性差异。

令人惊讶的是，研究人员发现，以前被认为在每个细胞中以几乎相同的方式处理基本功能的“管家基因”，可能在整个身体中扮演的角色比以前认为的多得多。

此外，研究人员说，一种名为CD47的免疫蛋白在细胞与细胞之间的形式似乎存在很大差异。由于CD47与癌症和动脉壁上危险斑块的形成有关，这一发现可以指导开发更有效、副作用更少的药物。

其中两篇新论文还提供了对人类免疫系统的新认识。

到目前为止，免疫系统主要是通过免疫细胞在血液循环中的作用来观察的。但研究人员发现，组织和器官内的免疫细胞对维持健康也至关重要。

研究人员分析了来自12个成人器官捐赠者的16个组织的免疫细胞，创建了一个跨组织免疫细胞图谱，揭示了一个组织中的免疫细胞与其他组织中的免疫细胞之间的关系。

免疫细胞意外发现

“我们发现一些免疫细胞家族，如巨噬细胞，在组织中有共同的特征，而其他的，如记忆t细胞，根据它们所在的组织有不同的味道，”Teichmann说。“知道哪些分子在特定组织中引导和维持t细胞的代码对靶向细胞很重要——例如，用于癌症治疗。所以总的来说，这些见解对增强或抑制免疫反应以对抗疾病的疗法和设计疫苗都有意义。”

Regev说，另一篇论文使用机器学习算法将图集中识别的特定细胞与6000种单基因疾病和2000种复杂的遗传疾病和性状联系起来。

Regev说，这项研究发现了与肌营养不良有关的非肌细胞类型，以及骨骼肌、食管和前列腺细胞也使用的心房纤颤基因。

Regev说:“现在我们可以尝试设计方法，更具体地针对我们想要产生影响的细胞，而不是其他在体内也使用这些基因的细胞。”

研究人员说，人类细胞图谱项目之所以成为可能，是因为基因分析技术的改进使大规模研究变得更容易、更经济。

Regev说:“如果你回到大约10年前，在测量单个细胞的能力方面确实有一场革命。”

Quake说:“我想起了一个古老的杂耍笑话:20年之后，一夜成名。这就是我们现在的情况。三十多年前，人们就有了在单细胞中观察基因表达的想法，这项技术也逐渐成熟。我们已经可以将其应用到这种规模的项目中。”