單細(xì)胞組學(xué)技術(shù)施“援手” 人類巨噬細(xì)胞的基因全貌有望呈現(xiàn)

本報記者 葉 青

一直以來，對人類巨噬細(xì)胞起源和發(fā)育的研究困難重重，因為在發(fā)育早期巨噬細(xì)胞不但極其稀少，更無法示蹤標(biāo)記。暨南大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院蘭雨研究員課題組近日在《自然》雜志發(fā)表論文稱，他們與其他科學(xué)家合作，利用單細(xì)胞組學(xué)技術(shù)這把“金鑰匙”，在人類巨噬細(xì)胞發(fā)育領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。

搭建起單細(xì)胞組學(xué)技術(shù)平臺

單細(xì)胞組學(xué)技術(shù)為什么被稱為“金鑰匙”呢？“這種技術(shù)能看到整個細(xì)胞的全貌、整個的轉(zhuǎn)錄組、整個的蛋白表達(dá)水平。如果說平時的研究有點像盲人摸象，那么單細(xì)胞組學(xué)能夠更完整看到事物的全貌。”蘭雨說。

目前，單細(xì)胞組學(xué)是一個熱門研究領(lǐng)域。因為在生物體的發(fā)育過程研究方面，常規(guī)的組學(xué)技術(shù)面臨不小挑戰(zhàn)。如一個胚胎可能只含有十幾個干細(xì)胞，依賴于比較大細(xì)胞通量的組學(xué)技術(shù)很難捕捉到。“單細(xì)胞組學(xué)研究比常規(guī)的細(xì)胞群體研究可以揭示更多細(xì)胞類型和亞群的多樣性，其能看到每個細(xì)胞所表達(dá)的基因全貌，信息量非常巨大，這是單細(xì)胞組學(xué)技術(shù)的強(qiáng)大之處。”蘭雨指出，近年來單細(xì)胞測序技術(shù)不斷發(fā)展，單細(xì)胞組學(xué)開展研究的能力因此逐漸提高。

自2009年單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組研究的大門正式打開之后，蘭雨認(rèn)識到單細(xì)胞組學(xué)技術(shù)能夠幫助認(rèn)識細(xì)胞的發(fā)育過程。從2016年起，她開始和北京大學(xué)湯富酬教授等開展合作，并逐步搭建起單細(xì)胞組學(xué)技術(shù)平臺。

他們的平臺包括單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄本的建庫和測序系統(tǒng)以及生物信息學(xué)分析系統(tǒng)兩大重要系統(tǒng)。利用這把“金鑰匙”，課題組在人類造血干細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞發(fā)育、小鼠造血干細(xì)胞發(fā)育的血管起源等方面取得一系列重要進(jìn)展。

解析巨噬細(xì)胞蛻變轉(zhuǎn)化過程

蘭雨向記者介紹，雖然造血干細(xì)胞可以分化成所有類型的血液細(xì)胞，但有些血液細(xì)胞的發(fā)育并不完全依賴于從造血干細(xì)胞分化而來，巨噬細(xì)胞就是其中一種。人體胚胎發(fā)育中，先產(chǎn)生一些造血干細(xì)胞非依賴的造血譜系，隨后才發(fā)育出造血干細(xì)胞。越是發(fā)育早期，細(xì)胞數(shù)量越稀缺，且細(xì)胞發(fā)育迅速，轉(zhuǎn)瞬即逝，難于捕獲，這也是巨噬細(xì)胞發(fā)育研究的難點。

此次研究中，蘭雨課題組通過高精度的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)，繪制了人胚(孕8周內(nèi))造血細(xì)胞發(fā)育圖譜；從轉(zhuǎn)錄組、免疫表型和功能3個層面定義了人胚第一個具有多系分化潛能的造血祖細(xì)胞群體，即非造血干細(xì)胞來源的早期髓系祖細(xì)胞YSMP；精準(zhǔn)解析了巨噬細(xì)胞尤其是小膠質(zhì)細(xì)胞的起源和特化過程，包括明確了人胚期巨噬細(xì)胞的多重起源，以及組織駐留型巨噬細(xì)胞特化過程中的關(guān)鍵分子特征。

這些重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，不但解決了組織駐留型巨噬細(xì)胞“從哪里來到哪里去”的核心問題，更從單細(xì)胞層面解析了其逐漸蛻變轉(zhuǎn)化的分子過程。研究人員繪制的人胚造血細(xì)胞發(fā)育圖譜包含了造血干細(xì)胞發(fā)生之前的事件，其把對造血發(fā)育的解析時間點推前到造血干細(xì)胞發(fā)生之前。尤為關(guān)鍵的是，這是該領(lǐng)域第一個對人類巨噬細(xì)胞的研究。

為相關(guān)疾病診治提供重要參考

業(yè)內(nèi)人士指出，該研究成果在為生命科學(xué)研究提供寶貴數(shù)據(jù)的同時，或能為巨噬細(xì)胞相關(guān)疾病的診斷和治療帶來突破性進(jìn)展。

研究發(fā)現(xiàn)，如動脈粥樣硬化、主動脈瘤等疾病，因巨噬細(xì)胞的過度活化，可能加重了疾病的進(jìn)展。而阿爾茨海默癥等疾病也都涉及巨噬細(xì)胞功能異常等原因。“巨噬細(xì)胞被認(rèn)為是一種免疫細(xì)胞，它的功能在于負(fù)責(zé)抵抗外來入侵的細(xì)菌病原體。但事實上巨噬細(xì)胞的功能遠(yuǎn)超免疫范疇，例如其在神經(jīng)、血液系統(tǒng)發(fā)育過程中都發(fā)揮著重要作用。”蘭雨指出。

蘭雨表示，人胚造血細(xì)胞發(fā)育圖譜為認(rèn)識很多疾病提供了一個全維度的生理參考，有助于看到哪些潛在分子在某類疾病中被異常抑制或激活，從而為下一步的干預(yù)治療提供指導(dǎo)。

蘭雨告訴記者，單細(xì)胞組學(xué)技術(shù)幾乎在所有生命科學(xué)領(lǐng)域都有應(yīng)用。團(tuán)隊將繼續(xù)開發(fā)新的組學(xué)技術(shù)，未來希望在人類細(xì)胞發(fā)育領(lǐng)域開展更加深入的研究。

[責(zé)任編輯：楊凡、路偉]

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