Science：一种更快速的细胞普查方法

　　

生物通报道  人体内究竟有多少种细胞？教科书上的答案是几百种。不过，华盛顿大学的遗传学家Jay Shendure认为，这实在有点少。许多像他这样的科学家都想建立一个更完整的细胞目录。

于是，Shendure博士及其同事开发出一种更快速的细胞普查方法。他们不是一次检测一个细胞，而是一次测定42,035个细胞的基因表达。这种新方法于8月18日发表在《Science》杂志上。

在实验室中，科学家很容易区分肌肉细胞和神经细胞。不过，在这两个大类下面还有许多不同类型的细胞。比如，肌肉细胞可能是骨骼肌细胞，帮助你行走或拿东西。它也可能是肠道内的平滑肌细胞。心脏也是由特定的肌肉细胞组成，称为心肌细胞。

从遗传上说，人体内的所有细胞都是相同的。它们携带了大约2万个相同的蛋白编码基因。每种类型的不同之处在于它们使用特定的基因组合来产生蛋白质。Shendure及其同事认为，检测细胞内的RNA分子可以提供一些线索。为此，他们开发出一种分子“条形码”。

首先，研究人员将数千个细胞倒在数百个微型孔上。每个孔含有分子标签，与细胞内的每个RNA分子相连接。这个过程重复两次或多次，直至每个细胞都带有独特组合的标签。然后，他们裂解细胞，立即读取标签的序列。这些条形码让研究人员了解每个细胞中哪些基因是活跃的。

Shendure博士及其同事将这种方法称为sci-RNA-seq（单细胞组合索引RNA测序）。为了检验它，他们开始对线虫的每个细胞进行分类。作为著名的模式生物，线虫经历了数十年的广泛研究。Shendure想看看sci-RNA-seq的结果与过去的结果是否一致。

他们养了15万条线虫的幼虫，然后用药物将它们分散成单细胞，再标记细胞中的所有RNA。通过这种方式，研究人员能够鉴定出之前确定的27种细胞类型。不过，他们可将细胞再细分成更小的组，而每个组的基因表达都略有不同。比如，他们鉴定出40种不同类型的神经元，包括一些很罕见的类型。

然而，即使是线虫这种简单的动物，sci-RNA-seq也远远不能捕获细胞类型的复杂性。研究人员无法将某些神经元簇与已知类型的细胞相匹配，也没有发现早期研究中记录的118种不同神经元的大部分。“我们不认为这个项目已经完成，”Shendure说。

Wellcome Trust Sanger研究所的细胞生物学家Sarah A. Teichmann表示，这项研究表明，细胞分型领域的发展速度有多快。她本人没参与这项研究。在2009年，科学家才设法测定单细胞中的基因表达。Teichmann等人三年前打破了一千个细胞的壁垒。

这种指数级的增长对于人类细胞图谱（Human Cell Atlas）的成功至关重要。这是一个国际项目，由Broad研究所和Sanger研究所在2016年发起，目的是创建人体中每种细胞类型的完整目录。

此领域的先锋人物、Broad研究所的Aviv Regev博士认为，人体与线虫之间的差异将带来一些不同的策略。一方面，人体比线虫大得多。研究人员肯定不会将人体打散成数万亿个细胞，再一次性分析它们。HCA项目将通过器官、组织和系统来进行。

另一方面，线虫的发育遵循严格控制的遗传程序。它的细胞总在同一个地方，数量也相同。而人类的发育过程要灵活得多，这个人的细胞位置可能与那个人就不同。

尽管如此，sci-RNA-seq仍然是人类细胞分型工作中一种有用的工具。Teichmann博士表示：“主要优势在于它能够扩展，在实验中捕获更多的细胞。这是一种优雅但强大的方法。”（生物通 薄荷）

原文检索

Comprehensive single-cell transcriptional profiling of a multicellular organism

Science  18 Aug 2017:
Vol. 357, Issue 6352, pp. 661-667
DOI: 10.1126/science.aam8940