科技日?qǐng)?bào)記者 劉傳書

北京時(shí)間2022年4月13日晚，由深圳華大生命科學(xué)研究院主導(dǎo)，多國(guó)科研團(tuán)隊(duì)共同參與的首個(gè)非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物（獼猴）全身器官細(xì)胞圖譜發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》(Nature)。4月14日上午，非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物細(xì)胞圖譜研究成果發(fā)布會(huì)在深圳國(guó)家基因庫(kù)舉行。

這是全球首個(gè)非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物的全身器官細(xì)胞圖譜，將被用于物種進(jìn)化、人類疾病以及藥物評(píng)價(jià)和篩選相關(guān)的研究，為生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展提供基礎(chǔ)性的資源和工具，為疾病診療、靶向藥物開發(fā)提供助力，為人類更好地探究生命的進(jìn)化提供可能。

21世紀(jì)初，人類基因組草圖的問世為生命科學(xué)研究譜寫了一本生命“天書”，為生命的數(shù)字化提供了基礎(chǔ)。然而，遺傳信息是由細(xì)胞攜帶的，目前，人類對(duì)自身細(xì)胞的認(rèn)識(shí)還很有限，全面解碼細(xì)胞的數(shù)字化特征將推動(dòng)生命科學(xué)的研究，為生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展提供基礎(chǔ)性的資源和工具。為此，研究人員將目光投向了和人的基因相似度高達(dá)93%的獼猴，繪制了一張獼猴的全身器官的細(xì)胞圖譜。

“這個(gè)圖譜就像一張‘地圖’，有了它就相當(dāng)于有了一個(gè)探索生命細(xì)胞分辨率的高精度儀器，可以‘看到’每個(gè)器官都有哪些細(xì)胞，還可以精細(xì)到每個(gè)細(xì)胞里具體的分子特征及與其他細(xì)胞的互作關(guān)系。”論文的第一作者、深圳華大生命科學(xué)研究院韓磊博士介紹說，“這為我們更好地認(rèn)識(shí)生命的基本結(jié)構(gòu)，探究疾病和細(xì)胞的關(guān)系打下了基礎(chǔ)，也為疾病的精準(zhǔn)治療提供了新的方向?！?/p>

研究團(tuán)隊(duì)基于華大自主研發(fā)的單細(xì)胞建庫(kù)和測(cè)序平臺(tái)對(duì)成年獼猴的45個(gè)器官的約114萬個(gè)細(xì)胞進(jìn)行了單細(xì)胞測(cè)序分析，將其分成了113種主要的細(xì)胞類型和463種細(xì)胞亞類，并搭建了非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物百萬單細(xì)胞交互式資源網(wǎng)站。

非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物百萬單細(xì)胞交互式資源網(wǎng)站截圖

“非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物相比其他模式動(dòng)物，在人類疾病特別是認(rèn)知和神經(jīng)系統(tǒng)疾病研究中具有顯著優(yōu)勢(shì)，” 論文的共同通訊作者之一、深圳華大生命科學(xué)研究院劉龍奇表示，“獼猴全細(xì)胞圖譜將為人類疾病機(jī)制和臨床前研究提供豐富的信息，開拓新的視野?！?/p>

為器官損傷修復(fù)提供方向

我們身體里的各個(gè)組織中存在著許多共有的細(xì)胞類型，這些細(xì)胞類型由于所處的組織環(huán)境不同具有不同的分子特征。比如肝臟和腎臟有一部分細(xì)胞的類型可能是相同的。利用非人靈長(zhǎng)類細(xì)胞圖譜，研究者找到了各個(gè)組織的共有細(xì)胞類型及其“特有標(biāo)簽”（特異性標(biāo)記基因），這對(duì)于了解這些共有細(xì)胞在不同組織里發(fā)揮不同功能提供了分子層面的證據(jù)。

同時(shí)，研究人員還發(fā)現(xiàn)了多種存在于各個(gè)組織中的具有分化潛能的細(xì)胞，這類細(xì)胞或可為之后各類器官損傷修復(fù)提供細(xì)胞來源，為哺乳動(dòng)物組織再生研究提供新的思路。

為預(yù)防和治療病毒性傳染病及遺傳疾病提供數(shù)據(jù)支持

基于該圖譜，研究人員構(gòu)建了包含新冠、乙肝、狂犬病毒等126種病毒易感細(xì)胞類型的病毒數(shù)據(jù)庫(kù)，這就像一本“病毒字典”，可以通過它快速查詢病毒最有可能侵染的細(xì)胞類型，同時(shí)看到該細(xì)胞類型可能分布的器官。有了它，醫(yī)生在檢查新冠肺炎確診患者肺部情況的時(shí)候，可能也會(huì)同步檢查腎臟、肝臟和膽囊。因?yàn)椤安《咀值洹崩锾岬?，這幾個(gè)器官同樣分布有新冠病毒可能感染的細(xì)胞。

除了病毒導(dǎo)致的疾病，研究人員也可以輸入特定遺傳疾病的致病基因或遺傳位點(diǎn)來查詢?cè)摷膊】赡艿闹虏〖?xì)胞類型。

為縮短藥物研發(fā)時(shí)間提供助力

眾所周知，藥物研發(fā)花費(fèi)巨大，耗時(shí)長(zhǎng)。其中的第一步“藥物初選”就要從成千上萬種藥物中篩選出幾種相對(duì)有效的藥物，這就需要耗費(fèi)非常長(zhǎng)的時(shí)間，且研究人員無法對(duì)每一種藥物都進(jìn)行動(dòng)物試驗(yàn)。

而通過這個(gè)細(xì)胞圖譜，研究人員就可以針對(duì)靶向的細(xì)胞，檢測(cè)該細(xì)胞對(duì)于這些藥物的反應(yīng)，從而快速選出幾種有效的藥物，再進(jìn)行動(dòng)物試驗(yàn)。這將大大縮短大規(guī)模藥物篩選的時(shí)間，有助于靶向藥的研發(fā)和精準(zhǔn)治療。

“大規(guī)模細(xì)胞圖譜的繪制工作，對(duì)于我們理解器官結(jié)構(gòu)組成、胚胎發(fā)育和衰老、人類疾病及生命演化等都具有重要的意義。未來我們還將開發(fā)更高通量的單細(xì)胞技術(shù)以及具備空間分辨率的多組學(xué)技術(shù)，為全面構(gòu)建生命單細(xì)胞分辨率的時(shí)空?qǐng)D譜提供重要工具。”論文的共同通訊作者之一、深圳華大生命科學(xué)研究院院長(zhǎng)徐訊表示，“同時(shí)細(xì)胞圖譜數(shù)據(jù)正在迅速增長(zhǎng)，其中蘊(yùn)含巨大的信息量，這些數(shù)據(jù)解讀和挖掘工作需要全球科學(xué)家的共同協(xié)作和努力。”

該圖譜的繪制，離不開單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)的進(jìn)步和測(cè)序成本的下降。在過去，要繪制這樣一張“地圖”，需要大量的時(shí)間及高昂的實(shí)驗(yàn)成本。而如今，基于華大自主開發(fā)的單細(xì)胞建庫(kù)平臺(tái)（DNBelab C4）和DNBSEQ測(cè)序技術(shù)，世界各地的領(lǐng)域?qū)＜壹翱蒲泄ぷ髡呖梢砸缘统杀?、高通量、高靈敏度和準(zhǔn)確性的方法進(jìn)行大規(guī)模的單細(xì)胞測(cè)序分析，為整個(gè)生命科學(xué)領(lǐng)域提供了一系列寶貴的數(shù)據(jù)資源。

本研究由深圳華大生命科學(xué)研究院聯(lián)合北京華大生命科學(xué)研究院、深圳國(guó)家基因庫(kù)、吉林大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院、瑞典卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院、英國(guó)劍橋大學(xué)、西班牙ICREA研究所、新加坡ASTAR等來自6個(gè)國(guó)家的35個(gè)科研團(tuán)隊(duì)共同參與完成。本研究已通過倫理審查，嚴(yán)格遵循相應(yīng)法規(guī)和倫理準(zhǔn)則。

（文中配圖由深圳華大生命科學(xué)研究院提供）

關(guān)鍵詞： 非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物