北京時(shí)間2020年3月26日，浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院郭國(guó)驥教授團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)研究成果在線發(fā)表于《自然》。而在兩年前，該研究團(tuán)隊(duì)在《細(xì)胞》上發(fā)表了世界首個(gè)小鼠細(xì)胞圖譜。

“這項(xiàng)工作概括地說(shuō)就是人體細(xì)胞數(shù)字化。”郭國(guó)驥表示，“我們能用數(shù)字矩陣描述每一個(gè)細(xì)胞的特征，并對(duì)它們進(jìn)行系統(tǒng)性的分類(lèi)。發(fā)現(xiàn)了一些特殊的表達(dá)模式，并定義了30多種新細(xì)胞種類(lèi)。”

郭國(guó)驥介紹，該成果主要是源于團(tuán)隊(duì)及合作者30多人近兩年來(lái)夜以繼日的奮斗。

郭國(guó)驥（前排）與團(tuán)隊(duì)成員

該論文建立了人類(lèi)細(xì)胞圖譜的基本框架；發(fā)現(xiàn)成人非免疫細(xì)胞的廣泛免疫激活；提出體內(nèi)干細(xì)胞和祖細(xì)胞的分化過(guò)程是一個(gè)細(xì)胞基因表達(dá)從混亂到有序的過(guò)程；并認(rèn)為基因組中的調(diào)節(jié)子預(yù)先決定了分化終端的穩(wěn)定狀態(tài)。

談及譜圖對(duì)醫(yī)學(xué)的臨床應(yīng)用，郭國(guó)驥告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者，“我們現(xiàn)在建立的是正常細(xì)胞的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組的數(shù)據(jù)庫(kù)，可以用于再生醫(yī)學(xué)種子細(xì)胞的鑒定。未來(lái)如推廣到疾病細(xì)胞圖譜，便有可能的運(yùn)用到疾病的單細(xì)胞水平診斷上。細(xì)胞圖譜的數(shù)據(jù)對(duì)于理解疾病的發(fā)生會(huì)有重要的意義，但臨床治療方面的應(yīng)用尚需要更多的積累。”

團(tuán)隊(duì)對(duì)60種人體組織樣品和7種細(xì)胞培養(yǎng)樣品進(jìn)行了Microwell-seq高通量單細(xì)胞測(cè)序分析，系統(tǒng)性地繪制了跨越胚胎和成年兩個(gè)時(shí)期、涵蓋八大系統(tǒng)的人類(lèi)細(xì)胞圖譜。

一張單細(xì)胞水平的人類(lèi)細(xì)胞圖譜

通過(guò)這張圖譜，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，多種成人的上皮、內(nèi)皮和基質(zhì)細(xì)胞在組織中似乎扮演著免疫細(xì)胞的角色。

此外，通過(guò)跨時(shí)期、跨組織和跨物種的細(xì)胞圖譜分析，團(tuán)隊(duì)揭示了一個(gè)普適性的哺乳動(dòng)物細(xì)胞命運(yùn)決定機(jī)制：干細(xì)胞和祖細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄狀態(tài)混雜且隨機(jī)，而分化和成熟細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄狀態(tài)就變得分明且穩(wěn)定，也就是說(shuō)，細(xì)胞分化經(jīng)歷了一個(gè)從混亂到有序的發(fā)展過(guò)程。

該研究首次從單細(xì)胞水平上全面分析了胚胎和成年時(shí)期的人體細(xì)胞種類(lèi)，研究數(shù)據(jù)將成為探索細(xì)胞命運(yùn)決定機(jī)制的資源寶庫(kù)，研究方法將對(duì)人體正常與疾病細(xì)胞狀態(tài)的鑒定帶來(lái)深遠(yuǎn)影響。

郭國(guó)驥團(tuán)隊(duì)運(yùn)用自主研發(fā)的Microwell-seq高通量單細(xì)胞分析平臺(tái)，建立了70多萬(wàn)個(gè)單細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫(kù)，鑒定了人體100余種細(xì)胞大類(lèi)和800余種細(xì)胞亞類(lèi)。

同時(shí)，團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了scHCL單細(xì)胞比對(duì)系統(tǒng)用于人體細(xì)胞類(lèi)型的識(shí)別，并搭建了人類(lèi)細(xì)胞藍(lán)圖網(wǎng)站。

郭國(guó)驥說(shuō)：“我們的工作在測(cè)序深度和細(xì)胞數(shù)目上都存在局限性，但是在跨組織和跨物種的數(shù)據(jù)可比性上有較大優(yōu)勢(shì)。完美版的人類(lèi)細(xì)胞圖譜還應(yīng)該整合空間信息、多組學(xué)數(shù)據(jù)和人群分析，這需要全世界科學(xué)家的共同努力。”

團(tuán)隊(duì)成員