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1万多个单细胞RNA测序!人类最精细肝脏图谱问世

文章来源: 学术经纬       发布时间:2019-07-11

2019年7月11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,为将来治愈各种肝病都会带来指导意义,还有望给肝癌治疗提供全新的思路。


1万多个单细胞RNA测序!人类最精细肝脏图谱问世


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。


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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。


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▲本研究的流程示意图


“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。


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▲研究找到了多种不同的细胞类型


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。


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▲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


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。


关于单细胞测序


细胞是生物学的基本单位,研究人员正更加努力地尝试将它们进行单个分离、研究和比较。单细胞测序是指DNA研究中涉及测序单细胞微生物相对简单的基因组,更大更复杂的人类细胞基因组。

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