Cell：新研究发现人类肺部早期存在144种细胞类型

在一项新的研究中，来自英国韦尔科姆基金会桑格研究所、欧洲分子生物学实验室欧洲生物信息学研究所（EMBL-EBI）和剑桥大学格登研究所等研究机构的研究人员史无前例地绘制了发育中的人类肺部的细胞图谱，确定了生命早期的144种细胞状态，并揭示了发育细胞和肺癌之间的新联系。他们一次一个细胞地研究哪些基因在肺部发育的不同阶段被激活。他们通过结合空间技术，精确地确定了细胞在发育中肺部的位置，从而构建出发育肺细胞图谱（Developmental Lung Cell Atlas），显示了这种呼吸系统是如何形成的。相关研究结果发表在2022年12月8日的Cell期刊上，论文标题为“A human fetal lung cell atlas uncovers proximal-distal gradients of differentiation and key regulators of epithelial fates”。

该图谱提供了一个独特的、可免费使用的资源，不仅描述了肺部形成时产生的细胞，而且还描述了这些过程是如何被基因控制的。

这种高度详细的图谱就像健康肺部发育的指南，可以作为研究肺部疾病如何起源的基线。它也可以用来构建新的模型来研究肺部疾病和测试潜在的治疗方法。

许多疾病在发育过程中都有其起源。虽然健康和疾病中的成人器官的单细胞图谱正在发掘有关肺部的新信息，但人类肺部在生命早期是如何形成的，仍然没有得到充分的探索。

发育的最初几周是非常动态的，随着器官构建过程在不同阶段之间的移动，细胞类型迅速出现和消失。为了了解肺部的发育，有必要建立一个包括所有肺部细胞类型的图谱，包括在不同发育阶段的短暂细胞。

为了构建这种发育肺细胞图谱，这些作者将早期细胞的单细胞测序与空间技术相结合，构建出一种深入的肺部发育数据集。这个公开的资源描述了哪些细胞类型存在于发育中的肺部结构中，以及这些细胞是如何受到调节的。

这些作者确定了144种细胞类型，如中间细胞类型和过渡细胞类型，包括一种可能与在生命后期出现的人类小细胞肺癌有关的细胞亚型。

他们利用这种细胞图谱对肺细胞如何发育进行了预测，特别是哪些基因是驱动这一过程的关键角色。他们随后使用类器官模型来验证新出现的假设，证实该细胞图谱可用于准确预测组织发育所涉及的阶段和细胞。

图片来自Cell, 2022, doi:10.1016/j.cell.2022.11.005。

论文共同第一作者Peng He博士说，“我们的高分辨率计算分析在发育中的人类肺部发现了以前没有描述过的罕见细胞群体。在这些新的细胞群体中，我们发现了一个与一种不甚了解的成年人小肺细胞癌类型相关的细胞群体。虽然需要进一步的研究来了解这种联系，但这表明利用我们独特的细胞图谱可以发现对发育和疾病共有机制提出重要见解。除此之外，通过包括染色质易接近性数据和体外扰动实验，我们的研究显示了关键转录因子如何能够单独决定谱系选择，使我们能够开始了解控制分化途径的调控逻辑。”

论文共同作者、韦尔科姆基金会桑格研究所的Kerstin Meyer博士说，“我们的前沿单细胞研究为人类发育中的肺部提供了全面且质量极高的数据集。通过记录那些转瞬即逝的、在成人肺部没有发现的细胞，它使我们能够看到细胞如何分化的细节，这在以前是不可能的。如果我们要充分了解疾病的根源，我们需要对人体各个阶段的细胞有一个完整的看法，而该细胞图谱有助于我们做到这一点。”

论文共同作者、人类细胞图谱联合创始人、韦尔科姆基金会桑格研究所的Sarah Teichmann博士说，“详细记录了生命所有阶段的完整人类细胞图谱将有助于解释人类健康和疾病的许多方面。这包括在生命早期形成的构成器官的细胞，我们在成年后会失去这些细胞。我们的发育肺细胞图谱使我们能够观察成年肺细胞所经历的阶段和途径，以及这些早期阶段如何影响以后的疾病。这是对人类细胞图谱第一稿的一个重要贡献。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

1. Peng He et al. A human fetal lung cell atlas uncovers proximal-distal gradients of differentiation and key regulators of epithelial fates. Cell, 2022, doi:10.1016/j.cell.2022.11.005.

2. Human fetal lung cell atlas uncovers 144 cell states
https://phys.org/news/2022-12-human-fetal-lung-cell-atlas.html