Nature：斯坦福学者绘制精细的肺部细胞图谱

　　

尽管单细胞RNA测序研究已开始提供细胞表达谱的概况，但人们还是很难系统地鉴定和定位某个器官中所有的细胞类型，并建立一份完整的细胞图谱。

为了建立肺细胞图谱，斯坦福大学医学院Mark Krasnow领导的研究团队通过单细胞RNA测序对人类肺部组织和循环血液中的约75,000个细胞进行测序，并结合多方面的细胞注释方法，鉴定出肺部存在的48种细胞类型。

研究人员在《Nature》杂志上报道称，这些细胞聚集在58个转录上不同的细胞群体中，包括以前未知的细胞群体。他们称，有了这个图谱，他们可以开始弄清楚细胞类型的功能和细胞间相互作用，并比较人类肺细胞和小鼠肺细胞以研究肺的进化。

在这项研究中，Krasnow及其同事从肺的支气管、细支气管和肺泡区域采集了正常组织，同时采集了外周血样本。将肺部样本解离成单细胞悬液后，他们将细胞分为上皮、内皮和基质细胞群。

研究人员采用10x Genomics的Chromium平台或Illumina的SmartSeq2平台制备了测序文库。他们表示，10x平台的通量更高，能够检测稀有细胞类型，而SmartSeq2提供了更深度的转录组数据。他们总共产生了约75,000个细胞的高质量转录组。

基于肺部区室特异性的标志物表达，研究人员将细胞聚类，发现了58个转录上不同的细胞群体。他们生成了41个经典肺细胞类型和14个以前未知肺细胞类型的全基因组表达谱。还有4个经典的肺细胞类型未检测到，可能是极其罕见，或仅在疾病中存在，或需要特殊的分离方法。

一些经典细胞类型在多个细胞簇中存在，表明这些簇可能代表特定的分子状态、新颖的细胞类型或亚型。例如，他们发现了两个簇的2型肺泡细胞，这些细胞分泌肺表面活性物质。一个簇表达高水平的AT2标志物，但也表达一些Wnt和Hedgehog抑制剂，表明细胞处于静息状态。同时，另一个簇则表达Wnt信号基因和解毒基因。

这种肺细胞图谱还让研究人员能够追踪循环激素的靶点。他们指出，某些激素受体在整个肺中广泛表达，而其他受体则更具特异性。例如，他们发现生长抑素（somatostatin）靶向动脉，黑皮质素（melanocortin）靶向离子细胞，而催产素靶向纤毛细胞。

同样地，他们还研究了与肺部疾病相关的233个基因在哪里表达。他们发现，肺动脉高压与周细胞相关，房室发育不良与肺泡毛细血管有关，而慢性阻塞性肺病与2型肺泡细胞有关。之后他们研究了编码病毒受体的基因，发现冠状病毒的受体基因主要在2型肺泡细胞上表达。

将人类肺细胞图谱与小鼠图谱进行比较时，研究人员指出，小鼠大约缺乏58种肺细胞类型的30%，而人类缺乏五种小鼠肺细胞类型。基于此，他们认为，在哺乳动物的进化过程中（尤其是沿着人类谱系进化），肺细胞类型可能出现了多样化。

研究人员表示：“这张肺细胞图谱对生理学和医学具有广泛的意义。它让人们对已知和新颖细胞类型的功能、调控和相互作用有了更深入的了解。它鉴定出那些直接受到激素、病毒和肺部疾病基因影响的细胞，并区分出驻留在肺部和归巢的免疫细胞。”（生物通 薄荷）

原文检索

Travaglini, K.J., Nabhan, A.N., Penland, L. et al. A molecular cell atlas of the human lung from single-cell RNA sequencing. Nature (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2922-4