细胞图谱在阐明包括人类在内的哺乳动物的各种组织和器官的作用机制方面起着重要作用。深入了解这些组织和器官在健康和患病时的细胞图谱，有助于开发新的疗法。针对细胞图谱的最新进展，小编进行一番梳理，以飨读者。
1.Nature：构建出人类肺部的细胞图谱，为理解和治愈肺部疾病奠定基础
doi:10.1038/s41586-020-2922-4
在一项新的研究中，来自美国斯坦福大学的研究人员构建出人类肺部的细胞图谱，该细胞图谱突出了构成肺部不同部分的几十种细胞类型。相关研究结果于2020年11月18日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“A molecular cell atlas of the human lung from single-cell RNA sequencing”。在这篇论文中，他们描述了他们的研究工作（主要涉及单细胞RNA测序）以及他们在研究工作中了解到的一些关于肺部的事情。
图片来自CC0 Public Domain。
为了构建肺部细胞图谱，这些研究人员从肺部的细支气管、支气管和肺泡区域收集了组织样本，以及相关的血液样本。每一个样本都被分解成其细胞成分，然后按类型进行分类：免疫细胞、上皮细胞、内皮细胞或基质细胞。
这些研究人员为大约75000个细胞生成了转录组。通过使用标志物，他们随后对这些细胞进行了聚类分析，揭示了58个不同的细胞群体。在这样做的过程中，他们能够生成91%的肺部细胞类型的表达谱，而且还发现了14种以前不为科学所知的肺部细胞类型。他们还发现了大约200种标志物，可以用来识别他们发现的未知肺部细胞类型。
2.两篇Science论文构建出胎儿基因表达和染色质可及性的人类细胞图谱，有助揭示人细胞生长和发育机制
doi:10.1126/science.aba7721; doi:10.1126/science.aba7612
在两项新的研究中，来自美国华盛顿大学医学院和布罗特曼-巴蒂精准医学研究所等研究机构的研究人员构建出两个细胞图谱，用于追踪人类细胞类型和组织发育过程中的基因表达和和染色质可及性（chromatin accessibility，也译为染色质可访问性）。其中的一个细胞图谱绘制了15种胎儿组织中单个细胞内的基因表达，另一个细胞图谱绘制了这些细胞内单个细胞的染色质可及性。相关研究结果发表在2020年11月13日的两篇Science论文中，论文标题分别为“A human cell atlas of fetal gene expression”和“A human cell atlas of fetal chromatin accessibility”。
这些图谱共同为了解人类发育过程中的基因表达和染色质可及性提供了规模空前的基础资源。此外，这两篇论文中描述的技术使得生成数百万个细胞的基因表达和染色质可及性数据成为可能。
在第一项研究中，为了创建基因表达图谱，这些研究人员通过使用一种名为 sci-RNA-seq3 的技术，对 15 种胎儿组织的基因表达进行了剖析。这种技术为每个细胞贴上了三个DNA条形码的独特组合标签，从而使得他们能够在不进行物理分离的情况下跟踪这些细胞。
在这些获得DNA条形码序列后，他们使用计算机算法获得单细胞信息，按细胞类型和亚型对细胞进行聚类，并确定它们的发育轨迹。他们对400多万个单细胞进行了剖析，确定了77种主要的细胞类型和大约650种细胞亚型。
在第二项研究中，为了剖析单个细胞中的DNA可及性，这些研究人员开发了一种新的方法，称为 sci-ATAC-seq3。与 sci-RNA-seq3 一样，这种技术也是在每个细胞中使用三个不同的 DNA “条形码”来标记和追踪单个细胞。然而，sci-ATAC-seq3并不识别所有当前表达的序列，而是捕捉开放的染色质位点并进行测序。
在这项新的研究中，这些研究人员在15种胎儿组织的大约100万个位点上生成了近80万个单细胞染色质可及性数据。他们研究了哪些蛋白可能与每个细胞中的可访问DNA位点相互作用，以及这些相互作用如何解释细胞类型。这一分析确定了基因组内的发育控制开关。他们还确定了可能与疾病相关的染色质可访问性位点。
3.Nature论文深度解读！有史以来最详细地构建出人类心脏的细胞和分子图谱，有助开发个性化的心脏病治疗方法
doi:10.1038/s41586-020-2797-4
在一项新的研究中，来自美国哈佛医学院、布莱根妇女医院、英国韦尔科姆基金会桑格研究所、伦敦帝国理工学院和德国马克斯-德尔布吕克分子医学中心等研究机构的研究人员构建出健康的人类心脏的详细细胞和分子图谱，以了解这一重要器官如何发挥功能并阐明心血管疾病的问题所在。相关研究结果于2020年9月24日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Cells of the adult human heart”。
这些作者分析了近50万个细胞，建立了迄今为止最全面的人类心脏细胞图谱。该图谱显示了细胞的巨大多样性，并揭示了心肌细胞类型、心脏保护性免疫细胞和错综复杂的血管网络。它还预测了这些细胞如何进行交流以保持心脏正常工作。
这项研究是“人类细胞图谱（Human Cell Atlas）”计划的一部分，该计划旨在绘制人体的每一种细胞类型。新的有关心脏的分子和细胞知识有望让人们更好地了解心脏疾病，并指导开发高度个性化的治疗方法。这些作者表示，这项研究也为在未来开发出基于再生医学的疗法奠定了基础。
4.Nat Med：揭示重症COVID-19患者外周免疫反应的单细胞图谱！
doi:10.1038/s41591-020-0944-y
2019冠状病毒病(COVID-19)是由SARS-CoV-2引起的全球大流行，目前全球已有接近800万人感染，迫切需要进一步了解其病理生理学特征。约20%的COVID-19患者发展为严重疾病，5%的患者需要重症监护。严重的疾病与外周免疫活动的改变有关，包括促炎细胞因子的增加，这可能是由炎症单核细胞、淋巴球减少症和T细胞衰竭引起的，但是具体情况还不清楚。
图片来源：Nature Medicine。
为了阐明可能在严重COVID-19患者体内产生保护作用或者导致疾病的外周免疫细胞通路，近日来自斯坦福大学医学院的研究人员在医学系和斯坦福医学科学家培训项目的Angela J. Rogers和Catherine A. Blish教授的带领下，应用单细胞RNA测序(scRNA-seq)对7名住院的COVID-19患者（其中4名患有急性呼吸窘迫综合征）和6名健康参与者的外周血单核细胞(PBMCs)进行了检测，相关研究结果近日发表在Nature Medicine上，题为"A single-cell atlas of the peripheral immune response in patients with severe COVID-19"。
研究人员发现，在COVID-19患者中，外周免疫细胞表型发生重构，包括不均一的干扰素刺激基因信号、HLA II类下调以及与需要机械通气的急性呼吸衰竭患者浆母细胞密切相关的发展中的中性粒细胞群体。重要的是，研究人员发现外周血单核细胞和淋巴细胞不表达大量的促炎细胞因子。
5.Nature：浙江大学领衔在构建全面的人类单细胞图谱方面取得重大进展
doi:10.1038/s41586-020-2157-4
在一项新的研究中，来自中国浙江大学等研究机构的研究人员朝构建全面的人类单细胞图谱迈出了一大步。相关研究结果于2020年3月25日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Construction of a human cell landscape at single-cell level”。在这篇论文中，他们描述了他们对志愿者捐赠的50多万个细胞的RNA进行测序，以及如何处理这些信息从而以一种可用于单细胞图谱的方式进行展示。
人体中的所有细胞都具有相同的遗传信息，但是它们在表达哪些基因方面存在着不同。表达的那些基因确定了给定细胞的功能。一段时间以来，医学研究员一直想要一种能描述哪些基因在人体各个部位的细胞中表达的图谱。这样的图谱将帮助科学家们更好地了解细胞的功能以及它们如何协同发挥作用，此外还可以为新的研究工作节省时间。人们已经为某些组织类型构建了细胞图谱，但是目前，没有单个图谱可以覆盖人体中的所有细胞类型。毕竟，由于人体拥有超过30万亿个细胞，因此构建此类图谱需要大量时间和精力。在这项新的研究中，这些研究人员朝着这一目标迈出了一大步，为人体不同部位（包括胎儿组织）的500000多个细胞（包括所有主要器官）提供了基因表达信息。
6.Science：构建首个人类胸腺细胞图谱，揭示人类免疫系统起源，为开发新型癌症免疫疗法打开大门
doi:10.1126/science.aay3224
人类胸腺的首个细胞图谱可能会导致新的免疫疗法来治疗癌症和自身免疫疾病。如今，在一项新的研究中，来自英国纽卡斯尔大学、韦尔科姆基金会桑格研究所和比利时根特大学等研究机构的研究人员绘制出胸腺组织在人类一生中的图谱，以了解它如何发育和产生重要 的称为T细胞的免疫细胞。在未来，这些信息可能有助于科学家们构建出人造胸腺和设计改进的治疗性T细胞。相关研究结果发表在2020年2月21日的Science期刊上，论文标题为“A cell atlas of human thymic development defines T cell repertoire formation”。
这些研究人员使用单细胞技术从发育中的胸腺以及儿童和成人的胸腺组织中分离并分析了约20万个细胞。他们研究了每个细胞中有活性的基因以鉴定这些细胞，结果发现了新的细胞类型，并使用这些基因作为标志物将每个细胞对应到胸腺中的确切位置。
论文第一位作者、韦尔科姆基金会桑格研究所的Jongeun Park博士说，“我们绘制出首个人类胸腺细胞图谱，以了解从发育到成年的整个生命周期中健康胸腺所发生的情况以及它如何为支持T细胞形成提供理想的环境。这种公开可获得的资源将使得全世界的科学家们能够 了解免疫系统如何发育来保护我们的身体。”
7.Nature：首次绘制人类发育中肝脏的细胞图谱，破解人类胎儿肝脏造血秘密
doi:10.1038/s41586-019-1652-y
在一项新的研究中，英国研究人员在世界上首次构建出人类发育中肝脏的细胞图谱，它提供了关于胎儿中血液和免疫系统如何产生的重要见解。这种图谱描绘了在妊娠的头三个月和第二个三个月之间的发育中肝脏的细胞景观变化，包括来自肝脏的干细胞如何播种到其他组织，以支持生长所需的高氧气需求。相关研究结果近期发表在Nature期刊上，论文标题为“Decoding human fetal liver haematopoiesis”。
这种图谱是一种综合的高分辨率资源，可改进我们对正常发育的理解，并且有助于医疗机构治疗可能在发育过程中形成的疾病，比如白血病和免疫疾病。
8.Science：首个人类肾脏免疫图谱绘制
doi:10.1126/science.aat5031
根据最近一项研究，科学家通过绘制了将近70,000个来自早期生命和成年个体的肾脏细胞图谱之后，创建了首个人类肾脏免疫系统图谱。这项研究由来自剑桥大学、Wellcome-Sanger研究所的研究人员等机构研究者完成，它首次显示了我们的肾脏免疫系统早在胚胎时期是如何发展，并如何在出生后和成年后逐渐增强的。该结果发表在《Science》杂志上，为理解肾脏免疫系统如何运作打开了大门，对解决多种类型的肾脏疾病和移植排斥反应具有重要意义。
图片来源：CC0 public domain。
为了了解肾脏的免疫系统，组织损伤或感染发生时会发生什么，如何导致慢性肾脏疾病以及拒绝移植肾的原因，研究人员绘制了第一张肾脏免疫系统图。为了在不同的发育阶段创建肾脏细胞图谱，他们研究了发育，儿童和成人肾脏组织。该团队使用单细胞RNA测序对67471个单个细胞中的基因活性进行了测序，以查明存在的免疫细胞的类型。然后，他们将这些细胞在从生命早期到成年阶段的整个发育过程中，以及在肾脏的解剖空间内作图，以了解肾脏的免疫系统如何发育和成熟。
研究人员发现，发育中的肾脏中最早出现的细胞是巨噬细胞，即吞噬有害细菌和病毒的大型白细胞，随着年龄的增长，它们仍保留在肾脏中。发育中的肾脏中几乎没有活性免疫细胞，这与认为发育中的婴儿相对无菌并且仅在出生时和出生后会遇到细菌的观点一致，这促使免疫系统随着我们的成长而发展。
9.Science：构建出疟原虫完整生命周期的细胞图谱---疟疾细胞图谱，极大加快疟疾研究和疗法开发
doi:10.1126/science.aaw2619; doi:10.1126/science.aay5963
在一项新的研究中，来自英国、丹麦、肯尼亚、南非、澳大利亚、瑞典和法国的研究人员构建出疟疾细胞图谱（Malaria Cell Atlas），这种图谱呈现出疟原虫在所有形态生命周期阶段的转录组学特征。这种图谱的目标是（i）了解在整个生命周期中的基因功能和使用；（ii）理解发育阶段转变背后的基因调控机制；（iii）发现疟原虫两头下注（bet-hedging）模式；（iv）提供一种参考数据集，可用于了解多种疟原虫物种在实验室中和在自然感染下的寄生虫生物学特性。相关研究结果发表在2019年8月23日的Science期刊上，论文标题为“The Malaria Cell Atlas: Single parasite transcriptomes across the complete Plasmodium life cycle”。
这些研究人员通过使用细胞分选方法分离出1787个疟原虫，并且在涵盖蚊子和哺乳动物宿主中所有生命周期阶段的10个时间点对它们的全长转录组进行了分析。
从这些数据中，他们能够了解发育的精细转录模式，并确定与疟原虫阶段、细胞策略（增殖阶段、生长阶段和有性阶段）和宿主环境相关的标志基因。对整个生命周期中的单细胞基因表达模式的比较揭示出在发育过程中有几组基因的表达模式相似。由此产生的行为相似的基因簇能够推断出仍然未被表征的大约40％基因的可能功能。
通过使用液滴测序，这些研究人员对来自三种疟原虫物种（包括两种人类疟原虫病原体）的红细胞内发育周期的另外15858个细胞进行了测序。他们在生命周期的致病阶段对这三种疟原虫物种的发育轨迹进行了比对，并建立了一种跨物种比较的方法。最后，他们开发出一种保存从天然的受感染携带者中收集的野生疟原虫的实验方案，使用scRNA-seq进行测序，并将疟疾细胞图谱作为参考，以便鉴定出野生疟原虫发育阶段并在单细胞分辨率下表征天然的混合物种感染。
10.Nature：重大进展！构建出人类肝脏的完整细胞图谱，鉴定出新的肝细胞亚型
doi:10.1038/s41586-019-1373-2
如今，在一项新的研究中，来自德国弗赖堡大学、马克斯普朗克免疫生物学与表观遗传学研究所和法国斯特拉斯堡大学的研究人员提供了人类肝脏组织的完整细胞图谱。通过使用所谓的单细胞RNA测序技术，马克斯普朗克免疫生物学与表观遗传学研究所的Dominic Grün团队与斯特拉斯堡大学的Thomas F. Baumert团队成功地构建出健康人肝脏中细胞群体的详细图谱。基于对来自9名人类供者的1万个细胞的分析，这种细胞图谱显示了所有重要的肝细胞类型，包括肝实质细胞（hepatocyte，肝脏中的主要代谢细胞）、血管内皮细胞、肝脏驻留巨噬细胞和其他的免疫细胞类型，以及胆管细胞和肝上皮祖细胞。利用这些数据，人们可以以前所未有的分辨率捕获细胞类型和细胞状态的多样性，并了解它们在发育过程中或疾病进展过程中如何发生变化。相关研究结果于2019年7月10日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“A human liver cell atlas reveals heterogeneity and epithelial progenitors”。
这些研究人员还在所谓的相同细胞类型的个体细胞中发现了惊人的多样性。他们发现了肝实质细胞、血管内皮细胞和巨噬细胞的新亚型：尽管它们的形态外观几乎没有差异，但是它们具有不同的基因表达谱。这些发现是由于实验和计算单细胞分析方法取得的重大进展而得以实现的，这些方法能够在高分辨率下检测细胞。
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文章来源于： 药时空
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