Nat Med：科学家开发出首个综合性的人类肺部细胞图谱 有望加速人类肺部疾病的研究

如今，单细胞技术已经改变了我们对人类机体组织的理解，然而，研究通常只会捕获有限的供体，并在细胞类型的定义上存在一定的分歧，整合多种单细胞数据集就能解决单一研究的这些局限性，同时也能捕获群体中存在的变异性。近日，一篇发表在国际杂志Nature Medicine上题为“An integrated cell atlas of the lung in health and disease”的研究报告中，来自德国亥姆霍兹慕尼黑中心等机构的科学家们通过研究绘制出了最大且最全面的人类肺部组织的细胞图谱，揭示肺部细胞类型的巨大多样性以及健康和疾病之间的关键差异或能作为肺脏研究人员的宝贵资源。

通过结合近40项研究的数据，研究人员开发出了首个肺部综合性单细胞图谱，并揭示了罕见的细胞类型并强调了健康人群之间的细胞差异；此外，研究者还发现了肺部纤维化、癌症和COVID-19之间的共同细胞状态，并有望帮助理解人类肺部疾病的成因，有望识别出新型的疗法靶点。这项研究是全球人类细胞图谱计划（Human Cell Atlas）的一部分，该计划旨在绘制出人类机体中的每个细胞类型，从而改变我们对人类健康、感染和疾病的理解。

肺部组织研究能从最近的单细胞研究中获益，这些研究揭示了每个细胞中处于活跃状态的基因，尽管如此，这些研究也受到了样本和个体数量的限制；因此，为了更好地理解健康的肺部组织并确定在疾病发生时到底出了什么问题，科学家们就需要一张全面的图谱，然而，这一点长期以来一直难以实现。这项研究中，研究人员利用先进的机器学习技术成功地将49个肺部数据集整合成为了一个单一的综合图谱集，通过汇集并整合迄今为止发表的所有主要的单细胞RNA测序肺部研究的数据集，研究人员创建了首个综合的人类肺部细胞图谱集，该图谱集涵盖了来自486名个体机体中超过240万个细胞，同时还提供了对此前不可能实现的肺部生物学特性的理解。

科学家开发出首个综合性的人类肺部细胞图谱 有望加速人类肺部疾病的研究。

图片来源：Nature Medicine (2023). DOI:10.1038/s41591-023-02327-2

研究者Malte Luecken博士表示，一个全面的器官图谱需要多个数据集来捕获细胞和个体之间的多样性，但结合不同的数据集对于科学家们而言往往是一项巨大的挑战；研究人员开发了一种基准的标记管线，来利用人工智能技术寻找能将所有数据集整合成为一张图谱集的最佳方法，并成功将此前近40项肺部研究的知识和数据结合起来。如今研究人员创建了首个人类肺部组织的参考图谱，其中包括来自一百多个健康个体的数据，并揭示了个体机体的细胞如何随着年龄、性别和吸烟史发生改变，所涉及的细胞和个体的数量之多或许就能帮助研究人员看到罕见的细胞类型，并识别出此前并未描述过的新的细胞状态。

尽管人类肺部细胞图谱的核心是来自健康肺部组织的数据，但研究人员还从10多个不同的肺部疾病中提取到了相应的数据集，且能将这些数据投射到健康数据上从而理解机体的疾病状态。研究者发现，不同的肺部疾病有着共同的免疫细胞状态，包括他们发现，巨噬细胞的一个亚群在肺部纤维化、癌症和COVID-19中有类似的基因活性，这些共同的状态就表明，这些细胞或许在所有三种疾病的肺部疤痕形成过程中扮演着类似的角色，这或许就为寻找潜在的治疗性靶点提供了新的方针。

研究人员认为，这是他们首次以一种综合性的方式来比较健康和疾病的肺部组织，本文研究不仅支持了COVID-19中肺部纤维化的存在，还能促使研究人员识别并定义肺部纤维化、COVID-19和肺癌患者之间所共享的细胞状态，找到这些共享的疾病相关细胞确实让研究人员激动，其揭示了科学家们看待肺部疾病的一种完全不同的方法，或能为寻找新的疗法靶点并开发疗法反应生物标志物提供一定的可能性，相关研究结果还表明，针对一种疾病有效的疗法或许还能帮助缓解其它人类疾病。

科学家开发出首个综合性的人类肺部细胞图谱 有望加速人类肺部疾病的研究。

图片来源：Nature Medicine (2023). DOI:10.1038/s41591-023-02327-2

文章第一作者Lisa Sikkema表示，创建综合肺部细胞图谱的一个大问题就是细胞类型的注释，不同的研究小组对相同的细胞类型会使用不同的名称，或对不同的细胞类型使用使用相同的名称，因此，作为一个研究团队，我们正在努力使用图谱中的数据来对其标准化，该图谱的绘制就是迈向人类肺部共识注释的的第一步，这或将加速肺部疾病的研究。作为人类细胞图谱研究计划中第一个综合性的主要器官，人类肺部细胞图谱计划将会向全球的研究人员公开数据，并作为研究健康和疾病肺部的核心资源。

最后研究者指出，人类肺部细胞图谱是科学界和医学界的一个巨大资源，其供研究人员公开使用，新的疾病数据也能投射到该研究计划上，并能改变科学家们对肺部生物学和疾病的研究，作为首个主要器官的整体参考图谱，该计划也是实现完整的人类细胞图谱绘制的一个里程碑，这或将改变科学家们对肺部组织生物学和疾病发病机制的理解，也为人类的医疗健康奠定一定的基础。综上，本文研究结果表明，人类肺部细胞图谱计划或许能作为人类细胞图谱内开发和使用大规模、跨数据集的器官图谱的一个典型案例。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Sikkema, L., Ramírez-Suástegui, C., Strobl, D.C. et al. An integrated cell atlas of the lung in health and disease. Nat Med (2023). doi：10.1038/s41591-023-02327-2