《Nature》：1万多个细胞单独测序，发现肝细胞新亚型，构建人类完整肝脏图谱！

　　7月10日，《Nature》杂志在线刊登了一条人类肝脏图谱（human liver atlas）的最新研究进展。研究人员通过对来自9名人类肝脏组织的1万多个细胞进行单细胞RNA测序，发现了全新的肝脏细胞亚型，有望给肝癌治疗提供新思路。

　　肝脏亟待更深入地研究

　　一方面，肝脏是人体最大、功能最齐全的器官之一。

　　肝脏是人体内最大的消化腺，也是体内新陈代谢的中心站 。它在糖的分解、糖原的储藏以及蛋白质、脂肪、维生素、激素的代谢中有不可替代的作用。

　　肝脏是人体的主要解毒器官，在机体代谢过程中，门静脉收集自腹腔流来的血液，血液中的有害物质及微生物，将在肝内被解毒和清除，成为无毒的或溶解度大的物质，随胆汁或尿液排出体外。

　　最引人注目的是，肝脏具有其它器官无法比拟的旺盛的再生和恢复能力。它即使在只有正常肝脏重量25%的情况下，也能正常工作，并逐渐再生到原先的重量。

　　另一方面，肝脏疾病是全球最大的健康问题之一，而且也是主要死因之一。

　　我国是肝病大国。根据中国疾病预防控制中心的统计数据，目前我国有9000万乙肝病毒感染者，760万丙肝病毒携带者。2013-2017年，每年超过120万人被诊断为病毒性肝炎，有450-750人死于病毒性肝炎。这还未包含脂肪肝、酒精肝、肝癌等其他肝病数据。

　　尽管肝脏对人类健康极其重要，但在肝脏组织中，个体肝细胞类型的多样性以及其生物学进程尚未明确。因此，构建肝脏细胞图谱，能够更好地帮助我们理解不同类型的肝脏细胞，探究其生理病理作用。

　　独特的研究方法

　　为了绘制人类肝脏组织的完整细胞图谱，马克斯普朗克免疫生物学与表观遗传学研究所的Dominic Grün团队与斯特拉斯堡大学的Thomas F. Baumert团队总共招募了9名人类志愿者，包括健康者和肝病患者。

　　研究人员使用单细胞核糖核酸（RNA）测序技术，分析了1万余个肝脏细胞，试图了解每个肝细胞中不同基因的表达情况。

　　■ 肝脏组织的细胞图谱

　　该研究绘制的肝脏细胞图谱奠定了肝脏生物医学的基础，有利于我们在分子层面进一步研究和理解肝脏疾病，以助开发新的治疗策略。这份图谱显示了所有重要的肝细胞类型，包括：

　　肝实质细胞（hepatocyte，肝脏中的主要代谢细胞）

　　血管内皮细胞

　　肝脏驻留巨噬细胞和其他的免疫细胞类型

　　胆管细胞

　　肝上皮祖细胞

　　■ 单细胞RNA测序

　　单细胞RNA测序，是将待研究的器官组织解离成单个细胞，然后将这些细胞分离并单独测序。这种测序用于确定每个基因产生的多少个信使核糖核酸（mRNA）分子存在于细胞中。

　　Grün 教授解释道，“mRNA将储存在脱氧核糖核酸（DNA）中的生物蓝图传送到蛋白质合成工厂中。通过测量细胞在特定时间，存在哪些RNA分子，我们能够鉴定出哪些基因是处于激活状态。这提供了一种‘细胞指纹’（ cell's fingerprint）来让我们全面了解每个细胞的本质，能够理解不同细胞的功能、如何受到调节，以及当疾病发生时会发生什么。”

　　研究人员们相信，利用这些丰富的数据，人们能以前所未有的分辨率捕获细胞类型和细胞状态的多样性，并了解它们在发育过程中或疾病进展过程中如何发生变化。

　　研究发现肝细胞新亚型

　　通过Grün 教授量身定制的算法，研究人员发现，相同细胞类型的个体细胞中存在惊人的多样性。

　　经过详尽地分析，他们发现了肝实质细胞、血管内皮细胞和巨噬细胞的新亚型。尽管它们在形态外观上几乎没有差异，但是它们具有不同的基因表达谱。

　　Grün 教授解释，肝细胞新亚型的发现要归功于单细胞RNA测序——“细胞指纹”的利用。也就是说，肝细胞不同的基因表达，如同人类的指纹，使其独一无二。

　　其中，一个胆管细胞亚群的特性最为瞩目！

　　论文第一作者Nadim Aizarani解释道，“我们的数据显示这个罕见亚群中的细胞是前体细胞或祖细胞。它们不仅能够形成类器官（即干细胞的一种显著特征），而且还有潜力分化为不同的细胞类型。”

　　我们知道，胆管分布整个肝脏，将胆汁输送到胆囊，胆管和肝脏在形态与结构上都有很大的差异，这也是它们由不同类型的细胞分化增生的结果。

　　而这种存在于胆管中的祖细胞，在培养基中生长时，一部分分化成肝实质细胞，另一部分分化为胆管细胞。

　　研究人员确信，这种祖细胞群体在肝脏再生中起重要作用，并且还可能参与肝脏疾病的产生，甚至包括肝癌！

　　细胞在彻底分化前，能转化成某种中间细胞，这种中间细胞被称作祖细胞或前体细胞。祖细胞属于成体干细胞，是未分化的多能或专能干细胞。

　　祖细胞分别存在于生物的各种成体组织中，负责组织损伤后的修复再生过程。在损伤发生后，祖细胞可以被动员激活，大量增殖并迁移到受损部位，分化成成熟的细胞，替换受损的组织 。

　　细胞图谱和单细胞测定

　　为癌症患者提供重要参考数据

　　细胞图谱和单细胞RNA测序方法可能在癌症治疗中具有巨大的潜力。

　　当前临床上通过患者病理组织活检确诊肝癌，但这种检测结果混合了该标本所有类型的细胞。相当于仅仅提供了肿瘤分子谱的“平均值”。

　　Grün 教授解释：“稀有细胞类型甚至单个细胞的贡献在这个平均值中都会丢失。而可能恰恰是这少数细胞决定着组织是否保持健康或发生癌变。”

　　单细胞测序能够捕获待检标本中每个健康或癌症细胞的分子特征。通过与图谱中健康细胞的参考数据对照，研究人员能够靶向瞄准肿瘤细胞的致病分子特性，在未来，有望开发新的治疗方案。

　　研究人员将健康肝脏细胞，与来自肝细胞癌患者（最常见的原发性肝癌）的细胞进行了数据比较。他们发现了一些全新的肿瘤细胞标志物，以及肿瘤中不同细胞类型的基因活性扰动模式。将来，如果能在体检中对肝细胞进行单细胞测序，或许能提早发现肝癌的端倪。

　　Grün教授说：“我相信利用单细胞测序研究癌症，将有助于进一步提高癌症的诊断水平，最终改善肿瘤的治疗。未来，我们不仅能揭示肿瘤中不同细胞类型之间可能存在的相互作用，还可以观察其如何影响疾病进程。”

　　参考资料：

　　[1]Nadim Aizarani et al. A human liver cell atlas reveals heterogeneity and epithelial progenitors. Nature， 2019， doi：10.1038/s41586-019-1373-2.

　　[2]Scientists discover previously unknown subtypes of liver cells in health and disease

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