如 今，單細(xì)胞技術(shù)已經(jīng)改變了我們對(duì)人類機(jī)體組織的理解，然而，研究通常只會(huì)捕獲有限的供體，并在細(xì)胞類型的定義上存在一定的分歧，整合多種單細(xì)胞數(shù)據(jù)集就能解決單一研究的這些局限性，同時(shí)也能捕獲群體中存在的變異性。近日，一篇發(fā)表在國(guó)際雜志Nature Medicine上題為“An integrated cell atlas of the lung in health and disease”的研究報(bào)告中，來(lái)自德國(guó)亥姆霍茲慕尼黑中心等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家們通過研究繪制出了最大且最全面的人類肺部組織的細(xì)胞圖譜，揭示肺部細(xì)胞類型的巨大多樣性以及健康和疾病之間的關(guān)鍵差異或能作為肺臟研究人員的寶貴資源。
通過結(jié)合近40項(xiàng)研究的數(shù)據(jù)，研究人員開發(fā)出了首個(gè)肺部綜合性單細(xì)胞圖譜，并揭示了罕見的細(xì)胞類型并強(qiáng)調(diào)了健康人群之間的細(xì)胞差異；此外，研究者還發(fā)現(xiàn)了肺部纖維化、癌癥和COVID-19之間的共同細(xì)胞狀態(tài)，并有望幫助理解人類肺部疾病的成因，有望識(shí)別出新型的療法靶點(diǎn)。這項(xiàng)研究是全球人類細(xì)胞圖譜計(jì)劃（Human Cell Atlas）的一部分，該計(jì)劃旨在繪制出人類機(jī)體中的每個(gè)細(xì)胞類型，從而改變我們對(duì)人類健康、感染和疾病的理解。
肺部組織研究能從最近的單細(xì)胞研究中獲益，這些研究揭示了每個(gè)細(xì)胞中處于活躍狀態(tài)的基因，盡管如此，這些研究也受到了樣本和個(gè)體數(shù)量的限制；因此，為了更好地理解健康的肺部組織并確定在疾病發(fā)生時(shí)到底出了什么問題，科學(xué)家們就需要一張全面的圖譜，然而，這一點(diǎn)長(zhǎng)期以來(lái)一直難以實(shí)現(xiàn)。這項(xiàng)研究中，研究人員利用先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)成功地將49個(gè)肺部數(shù)據(jù)集整合成為了一個(gè)單一的綜合圖譜集，通過匯集并整合迄今為止發(fā)表的所有主要的單細(xì)胞RNA測(cè)序肺部研究的數(shù)據(jù)集，研究人員創(chuàng)建了首個(gè)綜合的人類肺部細(xì)胞圖譜集，該圖譜集涵蓋了來(lái)自486名個(gè)體機(jī)體中超過240萬(wàn)個(gè)細(xì)胞，同時(shí)還提供了對(duì)此前不可能實(shí)現(xiàn)的肺部生物學(xué)特性的理解。
研究者M(jìn)alte Luecken博士表示，一個(gè)全面的器官圖譜需要多個(gè)數(shù)據(jù)集來(lái)捕獲細(xì)胞和個(gè)體之間的多樣性，但結(jié)合不同的數(shù)據(jù)集對(duì)于科學(xué)家們而言往往是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)；研究人員開發(fā)了一種基準(zhǔn)的標(biāo)記管線，來(lái)利用人工智能技術(shù)尋找能將所有數(shù)據(jù)集整合成為一張圖譜集的最佳方法，并成功將此前近40項(xiàng)肺部研究的知識(shí)和數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)。如今研究人員創(chuàng)建了首個(gè)人類肺部組織的參考圖譜，其中包括來(lái)自一百多個(gè)健康個(gè)體的數(shù)據(jù)，并揭示了個(gè)體機(jī)體的細(xì)胞如何隨著年齡、性別和吸煙史發(fā)生改變，所涉及的細(xì)胞和個(gè)體的數(shù)量之多或許就能幫助研究人員看到罕見的細(xì)胞類型，并識(shí)別出此前并未描述過的新的細(xì)胞狀態(tài)。
盡管人類肺部細(xì)胞圖譜的核心是來(lái)自健康肺部組織的數(shù)據(jù)，但研究人員還從10多個(gè)不同的肺部疾病中提取到了相應(yīng)的數(shù)據(jù)集，且能將這些數(shù)據(jù)投射到健康數(shù)據(jù)上從而理解機(jī)體的疾病狀態(tài)。研究者發(fā)現(xiàn)，不同的肺部疾病有著共同的免疫細(xì)胞狀態(tài)，包括他們發(fā)現(xiàn)，巨噬細(xì)胞的一個(gè)亞群在肺部纖維化、癌癥和COVID-19中有類似的基因活性，這些共同的狀態(tài)就表明，這些細(xì)胞或許在所有三種疾病的肺部疤痕形成過程中扮演著類似的角色，這或許就為尋找潛在的治療性靶點(diǎn)提供了新的方針。
研究人員認(rèn)為，這是他們首次以一種綜合性的方式來(lái)比較健康和疾病的肺部組織，本文研究不僅支持了COVID-19中肺部纖維化的存在，還能促使研究人員識(shí)別并定義肺部纖維化、COVID-19和肺癌患者之間所共享的細(xì)胞狀態(tài)，找到這些共享的疾病相關(guān)細(xì)胞確實(shí)讓研究人員激動(dòng)，其揭示了科學(xué)家們看待肺部疾病的一種完全不同的方法，或能為尋找新的療法靶點(diǎn)并開發(fā)療法反應(yīng)生物標(biāo)志物提供一定的可能性，相關(guān)研究結(jié)果還表明，針對(duì)一種疾病有效的療法或許還能幫助緩解其它人類疾病。
文章第一作者Lisa Sikkema表示，創(chuàng)建綜合肺部細(xì)胞圖譜的一個(gè)大問題就是細(xì)胞類型的注釋，不同的研究小組對(duì)相同的細(xì)胞類型會(huì)使用不同的名稱，或?qū)Σ煌募?xì)胞類型使用使用相同的名稱，因此，作為一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)，我們正在努力使用圖譜中的數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)其標(biāo)準(zhǔn)化，該圖譜的繪制就是邁向人類肺部共識(shí)注釋的的第一步，這或?qū)⒓铀俜尾考膊〉难芯?。作為人類?xì)胞圖譜研究計(jì)劃中第一個(gè)綜合性的主要器官，人類肺部細(xì)胞圖譜計(jì)劃將會(huì)向全球的研究人員公開數(shù)據(jù)，并作為研究健康和疾病肺部的核心資源。
最后研究者指出，人類肺部細(xì)胞圖譜是科學(xué)界和醫(yī)學(xué)界的一個(gè)巨大資源，其供研究人員公開使用，新的疾病數(shù)據(jù)也能投射到該研究計(jì)劃上，并能改變科學(xué)家們對(duì)肺部生物學(xué)和疾病的研究，作為首個(gè)主要器官的整體參考圖譜，該計(jì)劃也是實(shí)現(xiàn)完整的人類細(xì)胞圖譜繪制的一個(gè)里程碑，這或?qū)⒏淖兛茖W(xué)家們對(duì)肺部組織生物學(xué)和疾病發(fā)病機(jī)制的理解，也為人類的醫(yī)療健康奠定一定的基礎(chǔ)。綜上，本文研究結(jié)果表明，人類肺部細(xì)胞圖譜計(jì)劃或許能作為人類細(xì)胞圖譜內(nèi)開發(fā)和使用大規(guī)模、跨數(shù)據(jù)集的器官圖譜的一個(gè)典型案例。
原始出處：
Sikkema, L., Ramírez-Suástegui, C., Strobl, D.C. et al. An integrated cell atlas of the lung in health and disease. Nat Med (2023). doi：10.1038/s41591-023-02327-2
（文章來(lái)源：news.bioon.com/article/） | 
