從細胞水平上看人體，是什么樣的？

這正是“人類生物分子圖譜計劃”（HuBMAP）要回答的問題——通過革命性技術(shù)發(fā)展、數(shù)據(jù)收集和空間圖譜，建立一個廣大科研人員易于訪問的框架，在單細胞水平綜合全面地解析人體。

19日，《自然》雜志同時發(fā)表了3篇論文報道了人體腸道、腎臟和母胎界面（胎盤和母體細胞共存處）的參考細胞圖譜。除了這些研究，HuBMAP還發(fā)表了一系列其他論文，這些工作共同揭示了各類型細胞排列以及它們與人體不同組織和器官相互作用的新信息，是研究人體生物學和疾病的寶貴資源。

傾聽“生理交響樂”并非易事

人體是一架任何人造設備都無法匹敵的、復雜而高效的機器。上萬億的細胞，以天工造物的神奇排列和功能狀態(tài)組織起來，每時每刻都在奏響“生理交響樂”。

對人類來說，細胞的組織方式和細胞間的相互作用決定了器官和組織的功能。HuBMAP計劃旨在繪制整個人體的細胞排列方式，幫助科學家研究細胞如何工作，以及細胞間的關系如何影響個體健康。

不過，這一過程非常有難度。你可以把構(gòu)建細胞圖譜想象成地圖繪制，但揭示細胞的位置、結(jié)構(gòu)和功能，遠比繪出地圖上的海拔、河流、道路、森林、小徑、城市、建筑更為不易。因為不同的人群需要不同的圖譜；人群中每個個體在時時更新，需要密切關注；個體的每個器官不僅需要一張圖，還需要圖集。

為此，HuBMAP合作組一直在開發(fā)能在單細胞水平上繪制組織和器官內(nèi)細胞分子組成的工具，這些組成包括RNA、蛋白質(zhì)和代謝物。這類工具現(xiàn)在已被用來構(gòu)建人類腸道、腎臟以及與胎盤相連組織的參考細胞圖譜。

精準構(gòu)建多器官圖譜

美國斯坦福大學醫(yī)學院團隊研究了人體腸道，這個復雜的器官有許多不同的結(jié)構(gòu)和功能（從消化到支持免疫系統(tǒng)）。他們分析了9名個體的8個腸道部位，揭示了不同位置腸道組成的巨大差異。他們發(fā)現(xiàn)了新的上皮細胞亞型，還發(fā)現(xiàn)了不同細胞類型會形成“社區(qū)”，有些“社區(qū)”能特異性地調(diào)節(jié)免疫應答。研究結(jié)果揭示了能促進腸道發(fā)揮功能的復雜、差異化的細胞組成。

圣路易斯華盛頓大學醫(yī)學院團隊則分析了45個健康的和48個生病的人體腎臟。這些器官的損傷會觸發(fā)腎細胞變化，最終影響腎臟功能。他們繪制了腎臟不同區(qū)域的51種主要細胞類型的單細胞和空間圖譜。同時，還發(fā)現(xiàn)了會在急性或慢性損傷下改變的細胞狀態(tài)和腎臟免疫細胞、基質(zhì)細胞和上皮細胞“社區(qū)”，包括與修復途徑是否成功或存在缺陷有關的狀態(tài)。

斯坦福大學的另一組人則構(gòu)建了妊娠前半期的人體胎盤圖譜。他們分析了來自66例人體母胎界面樣本的約50萬個細胞和588個動脈。具體而言，他們研究了胎盤和子宮之間的界面，這里的母體動脈會發(fā)生改變，從而給胎兒供血。這些圖譜覆蓋了不同的發(fā)育階段（妊娠6—20周），識別了胎盤和免疫細胞之間的相互作用；后一項發(fā)現(xiàn)闡明了母體免疫細胞如何支持母體和胎兒完全不同的細胞的共存。

推動人類對疾病的理解

人體器官細胞圖譜的精準繪制，是一個漫長而復雜的過程，技術(shù)的進步可以掃除前進中的障礙，但同時，也將更多不為前人所知的問題攤在研究人員面前。最終，無論是嶄新圖譜的出爐還是對現(xiàn)有圖譜的豐富、調(diào)整，都將惠及人類自身。