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人类最精细肝脏图谱问世 10000多个细胞单独测序!

2019-07-11 09:14:26  来源:学术经纬

今日,《自然》杂志上在线刊登了人类肝脏图谱(human liver atlas)的一条最新进展。通过对来自肝脏不同组织的10000多个肝细胞进行单细胞RNA测序,科学家们不但找到了全新的肝脏细胞类型,还有望给肝癌治疗提供全新的思路。学术经纬团队也将在今日与各位读者一道解读这项研究的做法以及意义。

为什么是肝脏?

为什么是肝脏?

肝脏是人体的重要器官,有着极为多样化的重要功能:一方面,它能够将食物中的糖分、蛋白质、以及脂肪变成对人体有用的代谢分子,释放到全身;另一方面,它也是人体的重要免疫器官,并负责为血液“解毒”;此外,肝脏有着极强的再生能力,即便只剩最初重量的四分之一,也能长回原先的尺寸,令科学家着迷。

除了它的重要生理功能,研究肝脏还有另外一个原因:肝脏疾病。在全球范围内,肝脏疾病已经成为了最主要的死因之一。肝癌的恐怖自然不用多提,脂肪肝等疾病也会给肝脏留下难以恢复的伤害,影响人类的健康。因此,通过构建肝脏图谱,我们能够更好地理解不同类型的肝脏细胞,探明它们的功能,解密其生物学进程,最终造福人类的健康。

这项研究是怎么做的?

为了绘制出这份肝脏图谱,科学家们总共招募了9名人类志愿者,其中有健康人,也有罹患肝脏疾病的病人。从这些志愿者中,研究人员们一共分析了超过10000个肝脏细胞,并进行了深度的单细胞RNA测序,了解每个细胞中,不同基因的表达情况如何。

▲本研究的流程示意图(图片来源:参考资料[1])

▲本研究的流程示意图(图片来源:参考资料[1])

“mRNA能把DNA中储存的生物蓝图送往蛋白质合成工厂。通过分析特定时间中,特定细胞中有哪些RNA分子存在,我们能够找到哪些基因处于激活状态,”本研究的负责人之一Dominic Grün教授说道:“这让我们能够理解不同细胞的功能,不同细胞如何被调控,以及生病的细胞究竟发生了什么。”

值得一提的是,这项研究汇聚了多种不同的肝脏细胞类型,包括肝实质细胞、血管内皮细胞、以及胆管细胞等。研究人员们相信,通过这些丰富的数据,我们能以前所未有的分辨率,理解肝脏在自然发育,或是疾病发展中所呈现的变化。

找到新型肝脏细胞

在详尽的分析之下,研究人员们欣喜地找到了多种新型肝脏细胞。它们在形态上看上去与普通的肝脏细胞几乎完全一致,但在基因表达上却截然不同。也就是说,这些不同的基因表达就像是单个细胞的指纹,让它们显得与众不同。

▲研究找到了多种不同的细胞类型(图片来源:参考资料[1])

▲研究找到了多种不同的细胞类型(图片来源:参考资料[1])

其中最为让人兴奋的一类细胞,存在于胆管中。在通常的认知中,胆管只是将分泌的胆汁输送到胆囊的管道。但万万没有想到,研究人员们在其中发现了一类具有类似干细胞活性的细胞。它们不仅能够分化成胆管细胞,还可以在合适的条件下,分化成肝实质细胞。研究人员们相信,这些新型细胞正是肝脏强大再生能力的关键。而当它们出现异常时,则可能导致肝脏疾病,甚至是肝癌!

对肝癌患者的启示

研究人员们指出,它们的分析手段有望给肝癌患者带来新的机遇。从过去来看,肝癌患者会接受组织活检,确认病变。但这种活检会将许多不同类型的细胞混在一起,因此后续所作的基因分析,也更像是总体的“平均”,而不能精准反映病变细胞的异常。

 ▲研究人员们找到了在正常组织和肝癌组织中有不同表达的基因(图片来源:参考资料[1])

▲研究人员们找到了在正常组织和肝癌组织中有不同表达的基因(图片来源:参考资料[1])

研究人员们指出,他们的肝脏图谱提供了一份客观的“对照”。通过比对健康细胞以及肝癌细胞,科学家们已经找到了一些全新的肝癌的生物标志物。将来,如果能在体检中对肝细胞进行单细胞测序,或许就能在早期发现肝癌的端倪。

“我相信利用单细胞测序的癌症研究方法,能帮助改善对癌症的诊断,最终造福肿瘤的治疗,” Grün教授补充道:“未来,我们不仅能揭示肿瘤不同细胞类型之间的相互作用,还可以看到这些相互作用会如何影响疾病发展。”

总结

综合来看,这项重量级的研究提供了研究肝脏生理学和肝脏疾病的绝佳工具,它将进一步推进相关研究,从而有望在未来带来更好的肝脏疾病诊断和治疗方法。

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