構(gòu)建出人類肝臟的完整細(xì)胞圖譜，鑒定出新的肝細(xì)胞亞型

肝臟是人體**、功能最廣泛的器官之一。它將我們食物中的糖、蛋白和脂肪轉(zhuǎn)化為對身體有用的物質(zhì)，并將它們釋放到細(xì)胞中。肝臟除了在人體新陳代謝中發(fā)揮作用外，還是一種免疫器官，對血液的排毒是必不可少的。最引人注目的是，當(dāng)僅為原始質(zhì)量的25%時，肝臟是**能夠恢復(fù)到原來大小的內(nèi)臟器官。

肝病是世界上**的健康問題之一，也是死亡的主要原因。在德國，至少有500萬患者患有脂肪肝、肝癌或肝炎。盡管肝臟對人類健康具有極大的重要性，但是健康和患病組織中肝細(xì)胞類型的多樣性以及相關(guān)的分子和細(xì)胞過程尚未得到充分研究。

如今，在一項(xiàng)新的研究中，來自德國弗賴堡大學(xué)、馬克斯普朗克免疫生物學(xué)與表觀遺傳學(xué)研究所和法國斯特拉斯堡大學(xué)的研究人員提供了人類肝臟組織的完整細(xì)胞圖譜。通過使用所謂的單細(xì)胞RNA測序技術(shù)，馬克斯普朗克免疫生物學(xué)與表觀遺傳學(xué)研究所的Dominic Grün團(tuán)隊(duì)與斯特拉斯堡大學(xué)的Thomas F. Baumert團(tuán)隊(duì)成功地構(gòu)建出健康人肝臟中細(xì)胞群體的詳細(xì)圖譜。基于對來自9名人類供者的1萬個細(xì)胞的分析，這種細(xì)胞圖譜顯示了所有重要的肝細(xì)胞類型，包括肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞（hepatocyte，肝臟中的主要代謝細(xì)胞）、血管內(nèi)皮細(xì)胞、肝臟駐留巨噬細(xì)胞和其他的免疫細(xì)胞類型，以及膽管細(xì)胞和肝上皮祖細(xì)胞。利用這些數(shù)據(jù)，人們可以以前所未有的分辨率捕獲細(xì)胞類型和細(xì)胞狀態(tài)的多樣性，并了解它們在發(fā)育過程中或疾病進(jìn)展過程中如何發(fā)生變化。相關(guān)研究結(jié)果于2019年7月10日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“A human liver cell atlas reveals heterogeneity and epithelial progenitors”。

細(xì)胞指紋

這些研究人員還在所謂的相同細(xì)胞類型的個體細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了驚人的多樣性。他們發(fā)現(xiàn)了肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的新亞型：盡管它們的形態(tài)外觀幾乎沒有差異，但是它們具有不同的基因表達(dá)譜。這些發(fā)現(xiàn)是由于實(shí)驗(yàn)和計算單細(xì)胞分析方法取得的重大進(jìn)展而得以實(shí)現(xiàn)的，這些方法能夠在高分辨率下檢測細(xì)胞。

在單細(xì)胞RNA測序中，將待研究的器官組織解離成單個細(xì)胞；然后將這些細(xì)胞分離并分別測序。這種測序用于確定每個基因產(chǎn)生的多少個mRNA分子存在于細(xì)胞中。Grün解釋道，“mRNA將儲存在DNA中的藍(lán)圖傳送到蛋白制造工廠中。通過測量細(xì)胞在某個時間點(diǎn)中存在哪些RNA分子，我們能夠鑒定出哪些基因是有活性的。這為我們提供了一種指紋來讓我們?nèi)媪私饷總€細(xì)胞的本質(zhì)。這能夠讓我們理解細(xì)胞執(zhí)行哪些功能，它如何受到調(diào)節(jié)，以及當(dāng)疾病發(fā)生時會發(fā)生什么?！?/span>

以這種方式獲得的數(shù)據(jù)不僅極其廣泛，而且非常復(fù)雜，這是因?yàn)楸仨毻瑫r定量確定和解釋數(shù)千個細(xì)胞中數(shù)千個基因產(chǎn)生的RNA分子。近年來，Grün開發(fā)了量身定制的算法，這有助于他和他的團(tuán)隊(duì)分析這些不同的細(xì)胞類型并了解它們的發(fā)育途徑。

鑒定出肝細(xì)胞的祖細(xì)胞

利用這些細(xì)胞指紋，Grün團(tuán)隊(duì)還鑒定出一個膽管細(xì)胞亞群的之前未知的特性。膽道貫穿整個肝臟，將膽汁輸送到膽囊。論文**作者Nadim Aizarani解釋道，“我們的數(shù)據(jù)顯示這個罕見亞群中的細(xì)胞是前體細(xì)胞或祖細(xì)胞。它們不僅能夠形成類器官（即干細(xì)胞的一種顯著特征），而且還有潛力分化為不同的細(xì)胞類型。”當(dāng)在培養(yǎng)基中培養(yǎng)時，這些祖細(xì)胞要么分化成肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞，要么分化為膽管細(xì)胞。Grün團(tuán)隊(duì)確信這種祖細(xì)胞群體在肝臟再生中起著重要作用，并且還可能參與肝臟疾病或腫瘤的產(chǎn)生。

癌癥患者的重要參考數(shù)據(jù)

因此，細(xì)胞圖譜和單細(xì)胞RNA測序方法在癌癥治療中具有巨大的潛力。當(dāng)前分析患病組織（比如腫瘤組織）的方法僅提供了整個組織樣本中的活性基因水平的平均值，因此僅提供了腫瘤分子譜的平均值。Grün 解釋道，“稀有細(xì)胞類型甚至單個細(xì)胞的貢獻(xiàn)在這個平均值中都會丟失。不過，可能恰恰是這些少量的細(xì)胞決定著組織是否保持健康或發(fā)生癌變?！?/span>

但是，另一方面，單細(xì)胞測序捕獲待檢樣品中每個健康或患病細(xì)胞的分子特征。通過與健康組織的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，科學(xué)家們能夠靶向腫瘤細(xì)胞的致病性分子特性，并且可能有助于在未來開發(fā)出改進(jìn)的治療方案。

這些研究人員在他們的最新研究中證實(shí)這種針對人類肝臟的細(xì)胞圖譜將成為肝癌研究的重要參考數(shù)據(jù)庫。他們將來自這種細(xì)胞圖譜的健康組織數(shù)據(jù)與來自肝細(xì)胞癌（最常見的原發(fā)性肝癌形式）的細(xì)胞進(jìn)行了比較。通過這種比較，他們得出一些結(jié)論，比如鑒定出新的腫瘤細(xì)胞標(biāo)志物，以及腫瘤中不同細(xì)胞類型的基因活性擾動模式。Grün說道，“我認(rèn)為利用單細(xì)胞測序研究癌癥將有助于進(jìn)一步提高診斷水平，最終進(jìn)一步改善腫瘤治療。在未來，我們將不只是能夠發(fā)現(xiàn)腫瘤中不同細(xì)胞類型之間可能存在的相互作用。隨著疾病的進(jìn)展，還可以觀察到這些相互作用?！?/span>

這些研究人員相信，他們構(gòu)建出的人類肝臟的細(xì)胞圖譜和開發(fā)出的方法已在生物醫(yī)學(xué)中奠定了重要的基礎(chǔ)，這將在分子水平上推進(jìn)對肝病的研究和理解，從而可能在未來開發(fā)出新的肝病治療策略。