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人類細胞圖譜(HCA)計劃的目標是繪制出人體中的每種細胞類型，從而改變我們對生物學、感染和疾病的認識。美國《科學》雜志13日連發(fā)四篇論文，描述了國際HCA聯(lián)盟研究人員已創(chuàng)建出人體33個器官和系統(tǒng)中超過一百萬個細胞的高度詳細的圖譜。該圖譜的完成為人類健康和疾病(包括免疫系統(tǒng))提供了新的生物學見解，被認為是單細胞生物學領域取得的一個里程碑式的進步。

這些互補的多組織細胞圖譜將有助于形成單一的人類細胞圖譜，并具有許多治療意義，或將幫助科學家重新認識常見和罕見疾病、疫苗開發(fā)、抗腫瘤免疫學和再生醫(yī)學。這些圖譜已開放獲取，允許研究人員詳細比較人體全身的特定細胞，揭示新的細胞功能。

深入研究跨組織的免疫系統(tǒng)

在《科學》合集的第一篇論文中，英國劍橋大學威康·桑格研究所研究人員及其合作者對來自12個成年器官捐贈者的16個組織中的330000個免疫細胞的RNA逐一進行了測序，以了解免疫細胞在不同組織中的功能。

在創(chuàng)建人體內免疫細胞的精選目錄后，研究團隊開發(fā)了一種機器學習工具CellTypist來自動識別細胞類型。使用該工具，他們確定了大約一百種不同類型的免疫細胞，包括特定的巨噬細胞、T細胞和B細胞，以及它們在不同組織中的分布。

HCA聯(lián)盟委員會聯(lián)合主席、威康桑格研究所細胞遺傳學負責人薩拉·鐵奇曼博士說：“通過HCA對細胞的詳細了解，將有助于解釋人類健康和疾病的方方面面。通過比較來自同一供體的多個組織中的特定免疫細胞，我們確定了身體不同區(qū)域中不同類型的記憶T細胞，這可能對控制感染產生重大影響。”

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

研究人員使用空間轉錄組學和單細胞RNA測序來繪制特定細胞在發(fā)育組織中的確切位置。研究人員識別出一種新型的B細胞，以及出現在生命早期階段的獨特T細胞。該團隊使用來自其他人類細胞圖譜研究的數據，證明了這些特定的免疫細胞并不會在成人體內發(fā)現。

冷凍組織的圖譜揭示罕見和常見疾病基因

單細胞圖譜的目標之一是繪制特定細胞類型，其中包括在整個人體中發(fā)揮作用的疾病基因，如導致肌肉萎縮癥等罕見疾病或導致心臟病等常見疾病風險的基因。它需要對所有細胞類型進行分析，包括難以捕獲的骨骼肌細胞、脂肪細胞和神經元。來自大量個體的細胞也很重要，需要科學家在分析前收集和冷凍組織。

在《科學》合集的第三項研究中，美國哈佛博德研究所研究人員及其合作者揭示了他們如何優(yōu)化單核RNA測序以克服使用冷凍細胞帶來的挑戰(zhàn)，他們創(chuàng)建了一個跨組織圖譜來分析來自多個冷凍儲存組織的200000個細胞，重點關注罕見和常見疾病基因。然后，該團隊使用新的機器學習算法，系統(tǒng)地將圖譜中的細胞與6000種單基因疾病和2000種復雜的遺傳疾病和性狀相關聯(lián)，以識別可能與疾病有關的細胞類型和基因程序，從而揭示了研究健康和疾病的多個新起點。

HCA聯(lián)盟聯(lián)合主席艾偉福·雷杰夫博士說：“我們的單核人類細胞圖譜研究展示了一種強大的規(guī)模方法，可通過深度學習計算的進步來分析全身冷凍組織樣本中的細胞，并為在單細胞水平上研究來自整個患者群組的組織開辟了道路。通過直接將細胞與人類疾病生物學和跨組織疾病風險基因聯(lián)系起來，我們能夠為理解多種疾病創(chuàng)建新的路線圖。”

廣泛的跨組織細胞圖譜Tabula Sapiens

《科學》合集中的最后一篇論文描述了來自陳·扎克伯格生物中心研究人員進行的一項大型的跨組織研究。該團隊使用活細胞的單細胞RNA測序來分析來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50萬個細胞的集合提供了來自活細胞的獨特廣泛的跨組織圖譜，并創(chuàng)建了一個被研究人員稱為Tabula Sapiens的數據集。

Tabula Sapiens數據集詳細描述了400多種特定細胞類型、它們的分布和跨組織基因表達的變化。此外，通過對活細胞的分析，研究人員還實現了對單細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人類專家注釋的細胞資源，這將為基礎生物學和疾病研究提供重要的新見解。

陳·扎克伯格生物中心主任、斯坦福大學生物工程和應用物理學教授斯蒂芬·考克教授說：“Tabula Sapiens是一個參考圖譜，提供了人體24個器官的數百種細胞類型?？茖W界將在未來許多年從這一資源中發(fā)現對人類生物學的新見解。”

HCA跨組織數據和工具開放獲取

HCA是一個國際合作聯(lián)盟，旨在繪制健康人體中的細胞類型圖譜，為研究健康和疾病提供前所未有的資源。HCA是一個開放的、前沿的、以科學家為主導的聯(lián)盟，擁有來自全球83個國家的2300多名成員。

HCA數據已開放獲取，全球研究人員可通過HCA數據協(xié)調平臺，如劍橋細胞圖譜、博德單細胞門戶和加州大學圣塔克魯茲分校細胞瀏覽器訪問這些數據。

HCA聯(lián)盟成員、瑞典卡羅林斯卡學院司藤·林納森教授說：“人類細胞圖譜正在改變我們對生物學和疾病的理解。這些跨組織研究通過對發(fā)育和成年期的相同細胞類型進行系統(tǒng)、深入的比較，是單細胞生物學研究的一個里程碑。它們是向涵蓋人體所有細胞類型的人類細胞圖譜邁出的一大步，為診斷、醫(yī)療保健和精準醫(yī)學的新時代奠定了基礎。”(科技日報記者 張夢然)