张泽民课题组受邀在Science杂志发表泛人类组织单细胞测序观点文章

【字体: 时间:2022年05月14日 来源:北京大学生物医学前沿创新中心

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     2022年5月12日,Science杂志在线发表了Tabula Sapiens Consortium、Eraslan、Domínguez Conde、Suo等研究人员报道的4篇跨组织人类单细胞图谱的研究,共涉及来自68位捐献者的30余种组织类型,超过100万单细胞,涵盖500种以上细胞类型

  

  目前科学家对人类细胞如何互相作用以组成不同组织与器官的认识仍然十分有限。近年来,一系列单细胞测序的研究工作揭示了正常组织与疾病状态下的单细胞图谱,描绘了组织中多种细胞类型及其丰度与互作,但这些工作往往局限于单一器官。系统性地比较多种组织间的细胞类型及其转录组的异同,有助于科学家理解器官特异性的细胞状态分化。

  2022年5月12日,Science杂志在线发表了Tabula Sapiens Consortium、Eraslan、Domínguez Conde、Suo等研究人员报道的4篇跨组织人类单细胞图谱的研究,共涉及来自68位捐献者的30余种组织类型,超过100万单细胞,涵盖500种以上细胞类型。北京大学张泽民课题组受邀于Science同期发表Perspective观点文章,对以上研究进行了总结,并对将来单细胞测序技术在疾病研究与药物研发中的应用进行了展望。

  

  跨组织单细胞测序揭示了组织间保守的细胞特征。Eraslan等人通过比较多种器官中的巨噬细胞,发现了保守的巨噬细胞发育路径,即monocyte前体在组织中发育为高表达HLAII、行使免疫功能的巨噬细胞类群,与高表达LYVE1、行使血管支持与免疫细胞浸润抑制功能的巨噬细胞类群。

  跨组织单细胞测序发现了组织特异性的细胞状态。记忆T细胞是经过抗原刺激后的T细胞,Domínguez Conde等人发现了三类CD8记忆T细胞亚型,分别为分布在血液丰富组织中的TEM/EMRA细胞,分布在肠道中的TRM细胞,以及主要分布在脾脏与骨髓当中的TRM/EM细胞,这些T细胞亚型各自特异表达的细胞因子受体可能是形成组织差异性分布的机制。

  对组织间细胞构成的比较识别了稀有的细胞类型。Tabula Sapiens Consortium发现来自肺、心脏、子宫、肝脏、胰腺、脂肪、肌肉等组织的内皮细胞有着各自独特的转录组特征,提示了高度组织适应的功能。同时胸腺、血管、前列腺、眼球来源的内皮细胞更为相似。泛组织研究的方法发现了心脏内皮细胞的特异性marker SLC14A1,提示了心脏内皮细胞可能的适应性代谢功能。同时,Eraslan等人发现了稀有的细胞类型,包括前列腺中的神经内分泌细胞与食管中的肠系神经。

  跨组织单细胞图谱同时提示了疾病相关的细胞类型。Eraslan等人以肌肉疾病为例研究了单基因遗传病中的潜在致病细胞类型。研究发现在一种影响神经-肌肉细胞信号传递的疾病中,仅神经与肌肉连接处的肌肉细胞富集该类疾病的相关基因。同时,对受体-配体进行的分析发现细胞间互作失调是肌肉疾病的成因之一。例如在一种致死性的肌肉疾病中,ERBB3突变会导致肌肉细胞与施旺细胞(一种生成神经元旁髓鞘的细胞类型)的互作失调。

  

  这一系列跨组织单细胞测序数据集同时为药物副作用和安全性研究提供了重要的参考。虽然新药的分子靶向性不断提高,但全身系统性的给药仍然是最主流的方式,使得药物副反应成为重要的临床问题。对这一系列跨人类组织的单细胞数据集进行基因表达查询将大大助力于新药研发的毒性预测,将毒副作用识别在人体试验之前。

  本期Science发表的四项跨组织单细胞测序研究代表了构建综合性人类细胞图谱的重要里程碑。将来的研究有必要在更大队列的人群中进行探索与验证。同时,将跨组织的研究方法应用于疾病研究十分重要,例如肿瘤。理解组织保守性与组织特异性的肿瘤发生过程对开发泛癌种与癌症类型特异的肿瘤药物至关重要。例如,对肿瘤免疫的认识促进了靶向PD1抗体药物在多种癌症类型中的成功。近年来张泽民课题组报道了一系列泛癌种的髓系细胞与T细胞单细胞测序研究,这一系列研究方法适合被推广至更全面的细胞类型和患者队列,并最终使科学家在单个基因、细胞、组织与表型层面系统性地理解疾病与生物学过程。

  论文链接:

  https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq2116

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