北京時間2022年4月13日晚，由深圳華大生命科學研究院主導，多國科研團隊共同參與的首個非人靈長類動物(獼猴)全身器官細胞圖譜發(fā)表于國際學術期刊《自然》(Nature)。4月14日上午，非人靈長類動物細胞圖譜研究成果發(fā)布會在深圳國家基因庫舉行。
這是全球首個非人靈長類動物的全身器官細胞圖譜，將被用于物種進化、人類疾病以及藥物評價和篩選相關的研究，為生物醫(yī)學的發(fā)展提供基礎性的資源和工具，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化提供可能。
21世紀初，人類基因組草圖的問世為生命科學研究譜寫了一本生命“天書”，為生命的數(shù)字化提供了基礎。然而，遺傳信息是由細胞攜帶的，目前，人類對自身細胞的認識還很有限，全面解碼細胞的數(shù)字化特征將推動生命科學的研究，為生物醫(yī)學的發(fā)展提供基礎性的資源和工具。為此，研究人員將目光投向了和人的基因相似度高達93%的獼猴，繪制了一張獼猴的全身器官的細胞圖譜。
“這個圖譜就像一張‘地圖’，有了它就相當于有了一個探索生命細胞分辨率的高精度儀器，可以‘看到’每個器官都有哪些細胞，還可以精細到每個細胞里具體的分子特征及與其他細胞的互作關系。”論文的第一作者、深圳華大生命科學研究院韓磊博士介紹說，“這為我們更好地認識生命的基本結構，探究疾病和細胞的關系打下了基礎，也為疾病的精準治療提供了新的方向。”
研究團隊基于華大自主研發(fā)的單細胞建庫和測序平臺對成年獼猴的45個器官的約114萬個細胞進行了單細胞測序分析，將其分成了113種主要的細胞類型和463種細胞亞類，并搭建了非人靈長類動物百萬單細胞交互式資源網(wǎng)站。
“非人靈長類動物相比其他模式動物，在人類疾病特別是認知和神經(jīng)系統(tǒng)疾病研究中具有顯著優(yōu)勢，” 論文的共同通訊作者之一、深圳華大生命科學研究院劉龍奇表示，“獼猴全細胞圖譜將為人類疾病機制和臨床前研究提供豐富的信息，開拓新的視野。”
為器官損傷修復提供方向
我們身體里的各個組織中存在著許多共有的細胞類型，這些細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胞的類型可能是相同的。利用非人靈長類細胞圖譜，研究者找到了各個組織的共有細胞類型及其“特有標簽”(特異性標記基因)，這對于了解這些共有細胞在不同組織里發(fā)揮不同功能提供了分子層面的證據(jù)。
同時，研究人員還發(fā)現(xiàn)了多種存在于各個組織中的具有分化潛能的細胞，這類細胞或可為之后各類器官損傷修復提供細胞來源，為哺乳動物組織再生研究提供新的思路。
為預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，研究人員構建了包含新冠、乙肝、狂犬病毒等126種病毒易感細胞類型的病毒數(shù)據(jù)庫，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胞類型，同時看到該細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候，可能也會同步檢查腎臟、肝臟和膽囊。因為“病毒字典”里提到，這幾個器官同樣分布有新冠病毒可能感染的細胞。
除了病毒導致的疾病，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來查詢該疾病可能的致病細胞類型。
為縮短藥物研發(fā)時間提供助力
眾所周知，藥物研發(fā)花費巨大，耗時長。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有效的藥物，這就需要耗費非常長的時間，且研究人員無法對每一種藥物都進行動物試驗。
而通過這個細胞圖譜，研究人員就可以針對靶向的細胞，檢測該細胞對于這些藥物的反應，從而快速選出幾種有效的藥物，再進行動物試驗。這將大大縮短大規(guī)模藥物篩選的時間，有助于靶向藥的研發(fā)和精準治療。
“大規(guī)模細胞圖譜的繪制工作，對于我們理解器官結構組成、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)更高通量的單細胞技術以及具備空間分辨率的多組學技術，為全面構建生命單細胞分辨率的時空圖譜提供重要工具。”論文的共同通訊作者之一、深圳華大生命科學研究院院長徐訊表示，“同時細胞圖譜數(shù)據(jù)正在迅速增長，其中蘊含巨大的信息量，這些數(shù)據(jù)解讀和挖掘工作需要全球科學家的共同協(xié)作和努力。”
該圖譜的繪制，離不開單細胞測序技術的進步和測序成本的下降。在過去，要繪制這樣一張“地圖”，需要大量的時間及高昂的實驗成本。而如今，基于華大自主開發(fā)的單細胞建庫平臺(DNBelab?C4)和DNBSEQ測序技術，世界各地的領域?qū)＜壹翱蒲泄ぷ髡呖梢砸缘统杀尽⒏咄俊⒏哽`敏度和準確性的方法進行大規(guī)模的單細胞測序分析，為整個生命科學領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研究院聯(lián)合北京華大生命科學研究院、深圳國家基因庫、吉林大學、中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院、瑞典卡羅林斯卡醫(yī)學院、英國劍橋大學、西班牙ICREA研究所、新加坡ASTAR等來自6個國家的35個科研團隊共同參與完成。本研究已通過倫理審查，嚴格遵循相應法規(guī)和倫理準則。
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