人类细胞图谱（HCA）的目标是绘制出人体每一种细胞类型，从而彻底地改变我们对生物学、感染和疾病的认识。近日，HCA联盟的研究人员在《科学》杂志上发表的4项最新成果，又朝着这一终极目标迈出了里程碑式的一步。
先前，HCA主要集中在对单个器官、组织或组织中的一小部分获得深入的细胞了解。如今，由不同组织和机构构成的一组国际研究团队，进行了4项主要的合作研究，开发出了全新的方法，并创建了迄今为止最全面的跨组织图谱。
研究人员已经为人体内33种器官和系统中的100多万个单个细胞绘制了极详细的图谱，让科学家能够精细地比较整个身体的特定细胞类型。这些互补的多组织细胞图谱，将有助于建立一个完整的人类细胞图谱。
不同组织中的免疫系统
我们以往对人类免疫系统的了解主要局限于血液循环中的细胞的作用，但是，组织内的免疫细胞在维持健康和对抗感染方面同样发挥着关键作用。
在其中一篇论文中，研究人员对来自整个人体的33万个免疫细胞的RNA进行了测序，从而了解不同组织中免疫细胞的功能。
科学家同时分析了12位器官捐赠者的16个组织中的免疫细胞。团队在创建了一个人体免疫细胞的组织目录后，开发了一种名为CellTypist的机器学习工具，从而自动识别细胞类型。利用这一工具，他们确定了大约一百种不同类型的免疫细胞，包括特定的巨噬细胞、T细胞和B细胞以及它们在不同组织中的分布。
通过HCA对细胞的详细认识，将有助于解释人类健康和疾病的许多方面。举个例子，通过比较同一人体内的多个组织中的特定免疫细胞，研究人员在身体的不同区域发现了不同的记忆T细胞，这可能对控制感染有很大的影响。
第二项研究则创建了一个跨器官的人体免疫系统发育图谱，揭示了参与血液和免疫细胞形成的组织。它还展示了在我们成长过程中逐渐丢失的细胞类型，可以为体外细胞工程和再生医学研究提供参考。
来自冷冻组织的图谱
单细胞图谱的一项重要作用是帮助绘制人体中疾病基因作用的具体细胞类型，从导致肌肉萎缩症等罕见疾病的基因，到导致心脏病等常见疾病风险的基因都在其列。
它需要对所有的细胞类型进行分析，包括那些难以捕捉的骨骼肌中的细胞、脂肪细胞和神经元。来自更多个体的细胞也至关重要，科学家在分析前需要收集并冷冻组织。
在一篇新论文中，合作团队揭示了他们如何优化单核RNA测序，从而克服使用冷冻细胞的挑战，并随后创建了一个跨组织图谱，分析来自多种冷冻组织的20万个细胞，重点关注那些罕见疾病和常见疾病的基因。
利用新的机器学习算法，团队随后将图谱中的细胞与6000种单基因疾病和2000种复杂的遗传疾病和性状系统地联系在一起，从而确定一些可能与疾病有关的细胞类型和基因程序。
科学家相信，这项工作有机会推动大量新的研究。单核HCA研究展示了一种强大的大尺度方式，利用深度学习的计算分析整个身体的冷冻组织样本的细胞，并为在单细胞水平上研究整个患者群的组织开辟了道路。
团队通过直接将细胞与人类疾病生物学和跨组织的疾病风险基因联系起来，能够为多种疾病创建一个新的路线图。
广泛的跨组织细胞图谱
最后一篇论文描述了一项非常庞大的跨组织研究。
团队使用活细胞的单细胞RNA测序，分析了来自同一捐赠者的许多器官，这使得跨组织的比较可以控制遗传背景、年龄和环境影响。近50万个细胞的集合带来了一个来自活细胞的独特而广泛的跨组织图谱，并创造了一个被称为 Tabula Sapiens（“书板人”）的数据集。
Tabula Sapiens为科学家带来了一个巨大的资源库，它是一个参考图谱，提供了人体24个器官中数百种细胞类型的分子定义。其中的数据能够详细描述400多种特定的细胞类型，以及它们在各组织中的分布和基因表达的变化。
此外，通过分析活细胞，数据还实现了对单细胞图谱中可变基因剪接的首次大规模分析。
公开的数据和工具
HCA的这些数据和工具均是公开的，使全世界的人们受益于此。科学家相信，HCA正在改变我们对生物学和疾病的理解。
这些跨组织研究代表了HCA和单细胞生物学的一个里程碑，因为它们能够系统、深入地比较发育和成年时期相同的细胞类型。这些新研究是向生成人体完整的细胞图谱迈出的一大步，并为诊断、保健和精准医疗的新时代奠定了基础。
#创作团队：
编译：Måka
排版：雯雯
#参考来源：
https://www.humancellatlas.org/multi-tissue-cell-atlases-lead-to-leap-of-understanding-of-immunity-and-disease/
https://www.cam.ac.uk/research/news/immune-cell-characteristics-mapped-across-multiple-tissues
https://www.science.org/toc/science/current
#图片来源：
封面图：Chenqu Suo, Sophie Pritchard, Nadav Yayon (Wellcome Sanger Institute)
首图：Human Cell Atlas
发表于 2022-5-19 23:20
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