構(gòu)建出人類(lèi)肝臟的完整細(xì)胞圖譜，鑒定出新的肝細(xì)胞亞型

肝臟是人體**、功能最廣泛的器官之一。它將我們食物中的糖、蛋白和脂肪轉(zhuǎn)化為對(duì)身體有用的物質(zhì)，并將它們釋放到細(xì)胞中。肝臟除了在人體新陳代謝中發(fā)揮作用外，還是一種免疫器官，對(duì)血液的排毒是必不可少的。最引人注目的是，當(dāng)僅為原始質(zhì)量的25%時(shí)，肝臟是**能夠恢復(fù)到原來(lái)大小的內(nèi)臟器官。

肝病是世界上**的健康問(wèn)題之一，也是死亡的主要原因。在德國(guó)，至少有500萬(wàn)患者患有脂肪肝、肝癌或肝炎。盡管肝臟對(duì)人類(lèi)健康具有極大的重要性，但是健康和患病組織中肝細(xì)胞類(lèi)型的多樣性以及相關(guān)的分子和細(xì)胞過(guò)程尚未得到充分研究。

如今，在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自德國(guó)弗賴(lài)堡大學(xué)、馬克斯普朗克免疫生物學(xué)與表觀遺傳學(xué)研究所和法國(guó)斯特拉斯堡大學(xué)的研究人員提供了人類(lèi)肝臟組織的完整細(xì)胞圖譜。通過(guò)使用所謂的單細(xì)胞RNA測(cè)序技術(shù)，馬克斯普朗克免疫生物學(xué)與表觀遺傳學(xué)研究所的Dominic Grün團(tuán)隊(duì)與斯特拉斯堡大學(xué)的Thomas F. Baumert團(tuán)隊(duì)成功地構(gòu)建出健康人肝臟中細(xì)胞群體的詳細(xì)圖譜。基于對(duì)來(lái)自9名人類(lèi)供者的1萬(wàn)個(gè)細(xì)胞的分析，這種細(xì)胞圖譜顯示了所有重要的肝細(xì)胞類(lèi)型，包括肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞（hepatocyte，肝臟中的主要代謝細(xì)胞）、血管內(nèi)皮細(xì)胞、肝臟駐留巨噬細(xì)胞和其他的免疫細(xì)胞類(lèi)型，以及膽管細(xì)胞和肝上皮祖細(xì)胞。利用這些數(shù)據(jù)，人們可以以前所未有的分辨率捕獲細(xì)胞類(lèi)型和細(xì)胞狀態(tài)的多樣性，并了解它們?cè)诎l(fā)育過(guò)程中或疾病進(jìn)展過(guò)程中如何發(fā)生變化。相關(guān)研究結(jié)果于2019年7月10日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“A human liver cell atlas reveals heterogeneity and epithelial progenitors”。

細(xì)胞指紋

這些研究人員還在所謂的相同細(xì)胞類(lèi)型的個(gè)體細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了驚人的多樣性。他們發(fā)現(xiàn)了肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的新亞型：盡管它們的形態(tài)外觀幾乎沒(méi)有差異，但是它們具有不同的基因表達(dá)譜。這些發(fā)現(xiàn)是由于實(shí)驗(yàn)和計(jì)算單細(xì)胞分析方法取得的重大進(jìn)展而得以實(shí)現(xiàn)的，這些方法能夠在高分辨率下檢測(cè)細(xì)胞。

在單細(xì)胞RNA測(cè)序中，將待研究的器官組織解離成單個(gè)細(xì)胞；然后將這些細(xì)胞分離并分別測(cè)序。這種測(cè)序用于確定每個(gè)基因產(chǎn)生的多少個(gè)mRNA分子存在于細(xì)胞中。Grün解釋道，“mRNA將儲(chǔ)存在DNA中的藍(lán)圖傳送到蛋白制造工廠中。通過(guò)測(cè)量細(xì)胞在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)中存在哪些RNA分子，我們能夠鑒定出哪些基因是有活性的。這為我們提供了一種指紋來(lái)讓我們?nèi)媪私饷總€(gè)細(xì)胞的本質(zhì)。這能夠讓我們理解細(xì)胞執(zhí)行哪些功能，它如何受到調(diào)節(jié)，以及當(dāng)疾病發(fā)生時(shí)會(huì)發(fā)生什么。”

以這種方式獲得的數(shù)據(jù)不僅極其廣泛，而且非常復(fù)雜，這是因?yàn)楸仨毻瑫r(shí)定量確定和解釋數(shù)千個(gè)細(xì)胞中數(shù)千個(gè)基因產(chǎn)生的RNA分子。近年來(lái)，Grün開(kāi)發(fā)了量身定制的算法，這有助于他和他的團(tuán)隊(duì)分析這些不同的細(xì)胞類(lèi)型并了解它們的發(fā)育途徑。

鑒定出肝細(xì)胞的祖細(xì)胞

利用這些細(xì)胞指紋，Grün團(tuán)隊(duì)還鑒定出一個(gè)膽管細(xì)胞亞群的之前未知的特性。膽道貫穿整個(gè)肝臟，將膽汁輸送到膽囊。論文**作者Nadim Aizarani解釋道，“我們的數(shù)據(jù)顯示這個(gè)罕見(jiàn)亞群中的細(xì)胞是前體細(xì)胞或祖細(xì)胞。它們不僅能夠形成類(lèi)器官（即干細(xì)胞的一種顯著特征），而且還有潛力分化為不同的細(xì)胞類(lèi)型。”當(dāng)在培養(yǎng)基中培養(yǎng)時(shí)，這些祖細(xì)胞要么分化成肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞，要么分化為膽管細(xì)胞。Grün團(tuán)隊(duì)確信這種祖細(xì)胞群體在肝臟再生中起著重要作用，并且還可能參與肝臟疾病或腫瘤的產(chǎn)生。

癌癥患者的重要參考數(shù)據(jù)

因此，細(xì)胞圖譜和單細(xì)胞RNA測(cè)序方法在癌癥治療中具有巨大的潛力。當(dāng)前分析患病組織（比如腫瘤組織）的方法僅提供了整個(gè)組織樣本中的活性基因水平的平均值，因此僅提供了腫瘤分子譜的平均值。Grün 解釋道，“稀有細(xì)胞類(lèi)型甚至單個(gè)細(xì)胞的貢獻(xiàn)在這個(gè)平均值中都會(huì)丟失。不過(guò)，可能恰恰是這些少量的細(xì)胞決定著組織是否保持健康或發(fā)生癌變。”

但是，另一方面，單細(xì)胞測(cè)序捕獲待檢樣品中每個(gè)健康或患病細(xì)胞的分子特征。通過(guò)與健康組織的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，科學(xué)家們能夠靶向腫瘤細(xì)胞的致病性分子特性，并且可能有助于在未來(lái)開(kāi)發(fā)出改進(jìn)的治療方案。

這些研究人員在他們的最新研究中證實(shí)這種針對(duì)人類(lèi)肝臟的細(xì)胞圖譜將成為肝癌研究的重要參考數(shù)據(jù)庫(kù)。他們將來(lái)自這種細(xì)胞圖譜的健康組織數(shù)據(jù)與來(lái)自肝細(xì)胞癌（最常見(jiàn)的原發(fā)性肝癌形式）的細(xì)胞進(jìn)行了比較。通過(guò)這種比較，他們得出一些結(jié)論，比如鑒定出新的腫瘤細(xì)胞標(biāo)志物，以及腫瘤中不同細(xì)胞類(lèi)型的基因活性擾動(dòng)模式。Grün說(shuō)道，“我認(rèn)為利用單細(xì)胞測(cè)序研究癌癥將有助于進(jìn)一步提高診斷水平，最終進(jìn)一步改善腫瘤治療。在未來(lái)，我們將不只是能夠發(fā)現(xiàn)腫瘤中不同細(xì)胞類(lèi)型之間可能存在的相互作用。隨著疾病的進(jìn)展，還可以觀察到這些相互作用。”

這些研究人員相信，他們構(gòu)建出的人類(lèi)肝臟的細(xì)胞圖譜和開(kāi)發(fā)出的方法已在生物醫(yī)學(xué)中奠定了重要的基礎(chǔ)，這將在分子水平上推進(jìn)對(duì)肝病的研究和理解，從而可能在未來(lái)開(kāi)發(fā)出新的肝病治療策略。