科學(xué)家嘗試?yán)L制人體“地圖”

文/趙熙熙

美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）正在嘗試將新興技術(shù)轉(zhuǎn)化為有用的數(shù)據(jù)集，目的是研究人體數(shù)萬億個細(xì)胞究竟是如何相互連接和相互作用的。研究人員近日在《自然》雜志上撰文稱，人類生物分子圖譜計(jì)劃（HuBMAP）旨在描述人體生物化學(xué)環(huán)境以及單個細(xì)胞在人體主要器官中的位置。相關(guān)研究使用了被《科學(xué)》雜志譽(yù)為2018年年度突破的一項(xiàng)技術(shù)。

HuBMAP負(fù)責(zé)人、印第安納州西拉菲特市普渡大學(xué)分析化學(xué)家Julia Laskin說，其目標(biāo)是“建立一個構(gòu)成健康系統(tǒng)的基線”。她說，通過這種方式，研究人員將能夠發(fā)現(xiàn)疾病中出現(xiàn)的問題。

直到最近，生物醫(yī)學(xué)家對人體器官是如何工作的只有一個大致的了解。如今，他們成功地在特定組織中獲得了基因活動（當(dāng)基因打開和關(guān)閉時）的信息?；蚧顒記Q定了細(xì)胞的功能，但器官由多種細(xì)胞組成，每一種細(xì)胞都有自己的分子結(jié)構(gòu)。

2016年，利用使研究人員能夠?qū)蝹€細(xì)胞進(jìn)行常規(guī)研究的技術(shù)，來自全球的90位科學(xué)家推出了人類細(xì)胞圖譜（HCA），目的是對細(xì)胞在不同組織中的運(yùn)作方式進(jìn)行分類。

HCA創(chuàng)始成員之一、馬薩諸塞州劍橋市布羅德研究所計(jì)算系統(tǒng)生物學(xué)家Aviv Regev說，這項(xiàng)工作目前涉及來自65個國家的1500名科學(xué)家，獲得了許多機(jī)構(gòu)的支持，包括維康基金會和歐盟的地平線2020計(jì)劃。

這篇近日發(fā)表在《自然》雜志上的論文的通訊作者、加利福尼亞州帕洛阿爾托市斯坦福大學(xué)基因?qū)W家Michael Snyder說，HuBMAP代表了美國政府對這一國際項(xiàng)目的承諾。

“希望HuBMAP能夠在領(lǐng)導(dǎo)能力和構(gòu)建框架方面發(fā)揮重要作用”，這將有助于HCA與其他十幾個專注于特定器官（如大腦、肺、腎臟以及癌前組織和癌前組織)單細(xì)胞分析的項(xiàng)目結(jié)合起來。

這種融合將涉及建立通用的標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議和數(shù)據(jù)表示方法?！拔覀兿Ｍ軌虮M可能多地比較‘蘋果和蘋果’‘橘子和橘子’。”Snyder說。

總的來說，NIH預(yù)計(jì)未來8年將在HuBMAP上花費(fèi)2億美元。到目前為止，NIH已經(jīng)在未來4年里向大約120名研究人員提供了5400萬美元的資助。

一些團(tuán)隊(duì)將研究細(xì)胞本身——除了確定基因活性和使用其他組學(xué)方法外，他們還將使用熒光顯微鏡和成像方法收集關(guān)于蛋白質(zhì)、脫氧核糖核酸修飾、脂質(zhì)、核糖核酸和其他關(guān)鍵分子的空間信息，以構(gòu)建細(xì)胞的三維地圖。

另一些團(tuán)隊(duì)的任務(wù)是開發(fā)計(jì)算機(jī)工具，以一種連貫的方式呈現(xiàn)這些數(shù)據(jù)，并允許研究人員探索地圖集。

第三組團(tuán)隊(duì)，包括Laskin在內(nèi)，正在開發(fā)更好的技術(shù)來研究這些細(xì)胞。Laskin說，這樣的發(fā)展是必要的，因?yàn)閷τ趩渭?xì)胞，“你只需要非常少量的材料進(jìn)行分析”。

《自然》雜志同時也發(fā)表了兩篇利用HCA新數(shù)據(jù)的論文。在一項(xiàng)研究中，英國紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)皮膚科醫(yī)生Muzlifah Haniffa和她的同事研究了來自發(fā)育中的肝臟的14萬個細(xì)胞，以及7.4萬個皮膚、腎臟和卵黃囊細(xì)胞，并描述了血液和免疫系統(tǒng)是如何形成的。他們報告說，懷孕7到17周后，肝臟產(chǎn)生這些血液和免疫細(xì)胞的能力發(fā)生了變化。

在第二篇論文中，英國愛丁堡大學(xué)臨床科學(xué)家 Prakash Ramachandran及其同事使用單細(xì)胞技術(shù)描述了所有參與形成病變肝臟疤痕組織的細(xì)胞。這些細(xì)胞包括3個關(guān)鍵細(xì)胞的亞型——被稱為巨噬細(xì)胞的白細(xì)胞、排列在血管上的內(nèi)皮細(xì)胞和被稱為肌成纖維細(xì)胞的瘢痕形成細(xì)胞。Ramachandran說，了解這些細(xì)胞以及它們?nèi)绾闻c每個細(xì)胞交流，可以找到阻止疤痕形成的方法。

來自這兩篇論文的數(shù)據(jù)將成為正在開發(fā)的圖譜的一部分，NIH的Richard Conroy將其描述為身體的“谷歌圖譜”，在那里你可以深入到每個細(xì)胞的分子細(xì)節(jié)。上周，HCA在西班牙巴塞羅那市召開了一次會議，以了解這項(xiàng)努力的進(jìn)展情況并討論如何向前推進(jìn)。NIH將在明年春季與之共同主辦另一次會議?！傲钊伺d奮的是，”Regev說，“所有這些部件是如何組合在一起的?！?/p>