一直以來(lái)，對(duì)人類(lèi)巨噬細(xì)胞起源和發(fā)育的研究困難重重，因?yàn)樵诎l(fā)育早期巨噬細(xì)胞不但極其稀少，更無(wú)法示蹤標(biāo)記。暨南大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院蘭雨研究員課題組近日在《自然》雜志發(fā)表論文稱(chēng)，他們與其他科學(xué)家合作，利用單細(xì)胞組學(xué)技術(shù)這把“金鑰匙”，在人類(lèi)巨噬細(xì)胞發(fā)育領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。

搭建起單細(xì)胞組學(xué)技術(shù)平臺(tái)

單細(xì)胞組學(xué)技術(shù)為什么被稱(chēng)為“金鑰匙”呢?“這種技術(shù)能看到整個(gè)細(xì)胞的全貌、整個(gè)的轉(zhuǎn)錄組、整個(gè)的蛋白表達(dá)水平。如果說(shuō)平時(shí)的研究有點(diǎn)像盲人摸象，那么單細(xì)胞組學(xué)能夠更完整看到事物的全貌。”蘭雨說(shuō)。

目前，單細(xì)胞組學(xué)是一個(gè)熱門(mén)研究領(lǐng)域。因?yàn)樵谏矬w的發(fā)育過(guò)程研究方面，常規(guī)的組學(xué)技術(shù)面臨不小挑戰(zhàn)。如一個(gè)胚胎可能只含有十幾個(gè)干細(xì)胞，依賴(lài)于比較大細(xì)胞通量的組學(xué)技術(shù)很難捕捉到。“單細(xì)胞組學(xué)研究比常規(guī)的細(xì)胞群體研究可以揭示更多細(xì)胞類(lèi)型和亞群的多樣性，其能看到每個(gè)細(xì)胞所表達(dá)的基因全貌，信息量非常巨大，這是單細(xì)胞組學(xué)技術(shù)的強(qiáng)大之處。”蘭雨指出，近年來(lái)單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)不斷發(fā)展，單細(xì)胞組學(xué)開(kāi)展研究的能力因此逐漸提高。

自2009年單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組研究的大門(mén)正式打開(kāi)之后，蘭雨認(rèn)識(shí)到單細(xì)胞組學(xué)技術(shù)能夠幫助認(rèn)識(shí)細(xì)胞的發(fā)育過(guò)程。從2016年起，她開(kāi)始和北京大學(xué)湯富酬教授等開(kāi)展合作，并逐步搭建起單細(xì)胞組學(xué)技術(shù)平臺(tái)。

他們的平臺(tái)包括單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄本的建庫(kù)和測(cè)序系統(tǒng)以及生物信息學(xué)分析系統(tǒng)兩大重要系統(tǒng)。利用這把“金鑰匙”，課題組在人類(lèi)造血干細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞發(fā)育、小鼠造血干細(xì)胞發(fā)育的血管起源等方面取得一系列重要進(jìn)展。

解析巨噬細(xì)胞蛻變轉(zhuǎn)化過(guò)程

蘭雨向記者介紹，雖然造血干細(xì)胞可以分化成所有類(lèi)型的血液細(xì)胞，但有些血液細(xì)胞的發(fā)育并不完全依賴(lài)于從造血干細(xì)胞分化而來(lái)，巨噬細(xì)胞就是其中一種。人體胚胎發(fā)育中，先產(chǎn)生一些造血干細(xì)胞非依賴(lài)的造血譜系，隨后才發(fā)育出造血干細(xì)胞。越是發(fā)育早期，細(xì)胞數(shù)量越稀缺，且細(xì)胞發(fā)育迅速，轉(zhuǎn)瞬即逝，難于捕獲，這也是巨噬細(xì)胞發(fā)育研究的難點(diǎn)。

此次研究中，蘭雨課題組通過(guò)高精度的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)，繪制了人胚(孕8周內(nèi))造血細(xì)胞發(fā)育圖譜;從轉(zhuǎn)錄組、免疫表型和功能3個(gè)層面定義了人胚第一個(gè)具有多系分化潛能的造血祖細(xì)胞群體，即非造血干細(xì)胞來(lái)源的早期髓系祖細(xì)胞YSMP;精準(zhǔn)解析了巨噬細(xì)胞尤其是小膠質(zhì)細(xì)胞的起源和特化過(guò)程，包括明確了人胚期巨噬細(xì)胞的多重起源，以及組織駐留型巨噬細(xì)胞特化過(guò)程中的關(guān)鍵分子特征。

這些重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，不但解決了組織駐留型巨噬細(xì)胞“從哪里來(lái)到哪里去”的核心問(wèn)題，更從單細(xì)胞層面解析了其逐漸蛻變轉(zhuǎn)化的分子過(guò)程。研究人員繪制的人胚造血細(xì)胞發(fā)育圖譜包含了造血干細(xì)胞發(fā)生之前的事件，其把對(duì)造血發(fā)育的解析時(shí)間點(diǎn)推前到造血干細(xì)胞發(fā)生之前。尤為關(guān)鍵的是，這是該領(lǐng)域第一個(gè)對(duì)人類(lèi)巨噬細(xì)胞的研究。

為相關(guān)疾病診治提供重要參考

業(yè)內(nèi)人士指出，該研究成果在為生命科學(xué)研究提供寶貴數(shù)據(jù)的同時(shí)，或能為巨噬細(xì)胞相關(guān)疾病的診斷和治療帶來(lái)突破性進(jìn)展。

研究發(fā)現(xiàn)，如動(dòng)脈粥樣硬化、主動(dòng)脈瘤等疾病，因巨噬細(xì)胞的過(guò)度活化，可能加重了疾病的進(jìn)展。而阿爾茨海默癥等疾病也都涉及巨噬細(xì)胞功能異常等原因。“巨噬細(xì)胞被認(rèn)為是一種免疫細(xì)胞，它的功能在于負(fù)責(zé)抵抗外來(lái)入侵的細(xì)菌病原體。但事實(shí)上巨噬細(xì)胞的功能遠(yuǎn)超免疫范疇，例如其在神經(jīng)、血液系統(tǒng)發(fā)育過(guò)程中都發(fā)揮著重要作用。”蘭雨指出。

蘭雨表示，人胚造血細(xì)胞發(fā)育圖譜為認(rèn)識(shí)很多疾病提供了一個(gè)全維度的生理參考，有助于看到哪些潛在分子在某類(lèi)疾病中被異常抑制或激活，從而為下一步的干預(yù)治療提供指導(dǎo)。

蘭雨告訴記者，單細(xì)胞組學(xué)技術(shù)幾乎在所有生命科學(xué)領(lǐng)域都有應(yīng)用。團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)開(kāi)發(fā)新的組學(xué)技術(shù)，未來(lái)希望在人類(lèi)細(xì)胞發(fā)育領(lǐng)域開(kāi)展更加深入的研究。