在一項(xiàng)新的研究中，來自英國韋爾科姆基金會(huì)桑格研究所和劍橋大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)的研究人員提供了迄今為止最全面的肺細(xì)胞圖譜，揭示了11種新的肺細(xì)胞類型，并對參與對抗肺部感染的一個(gè)免疫過程提供了詳細(xì)的新見解。這種新的肺細(xì)胞圖譜是更廣泛的國際人類細(xì)胞圖譜計(jì)劃（Human Cell Atlas Initiative）的一部分，它結(jié)合了單細(xì)胞測序和空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)，以提供細(xì)胞如何相互作用和相互溝通的更全面了解。相關(guān)研究結(jié)果于2022年12月21日在線發(fā)表在Nature Genetics期刊上，論文標(biāo)題為“A spatially resolved atlas of the human lung characterizes a gland-associated immune niche”。

雖然單細(xì)胞研究推進(jìn)了對肺部功能的理解，但肺部是由復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和環(huán)境組成的，不能僅僅通過單細(xì)胞測序來研究。例如，關(guān)于這些細(xì)胞是如何組裝的，以及特定的細(xì)胞類型，特別是罕見的細(xì)胞類型是如何導(dǎo)致肺部疾病的，還有許多未解答的問題。

慢性肺部疾病，如慢性阻塞性肺病（chronic obstructive pulmonary disease, COPD）和間質(zhì)性肺病，是全世界死亡的主要原因。了解健康肺部局部環(huán)境中細(xì)胞之間的溝通有助于確定在疾病中什么受到破壞，并提供關(guān)于如何預(yù)防或治療的線索。

在這項(xiàng)新的研究中，這些作者對13名供者的肺部組織中的近20萬個(gè)細(xì)胞進(jìn)行了遺傳圖譜分析，發(fā)現(xiàn)了11種新的細(xì)胞類型，并顯示了總共80種細(xì)胞類型的確切位置。他們發(fā)現(xiàn)在這些新的細(xì)胞類型中，支氣管周圍成纖維細(xì)胞與COPD和特發(fā)性肺纖維化有關(guān)。雖然需要進(jìn)一步研究這些細(xì)胞是如何參與的，但這一發(fā)現(xiàn)顯示了使用這種肺部圖譜來發(fā)現(xiàn)細(xì)胞途徑和疾病之間存在新聯(lián)系的潛力。

論文共同第一作者、韋爾科姆基金會(huì)桑格研究所博士后Elo Madissoon博士說，“通過能夠分析同一肺部的多個(gè)位置，我們能夠在一次研究中獲得一系列細(xì)胞的關(guān)鍵信息，其中許多細(xì)胞以前沒有被繪制出來。此外，我們在支氣管周圍成纖維細(xì)胞和慢性肺部疾病之間發(fā)現(xiàn)的聯(lián)系顯示了這種肺部圖譜如何超越參考數(shù)據(jù)，并能提供對疾病的新見解。”

除此之外，這些作者還能夠確定一種肺部微環(huán)境，他們稱之為腺體相關(guān)免疫壁龕（gland associated immune niche, GAIN）。GAIN的存在是為了幫助抵抗呼吸道感染，并最終促進(jìn)IgA抗體的產(chǎn)生。這是他們首次設(shè)法詳細(xì)描繪這一復(fù)雜的過程。

IgA反應(yīng)對于有效抵御呼吸道感染非常重要，并且在肺部疾病（如COPD和囊性纖維化）中受到破壞。對GAIN功能的進(jìn)一步研究可能有助于開發(fā)緩解疾病癥狀的療法，提高對感染的抵抗力或構(gòu)建提高疫苗反應(yīng)的方法。

人體肺部的空間多組學(xué)圖譜可以識別細(xì)胞類型及其位置。圖片來自Nature Genetics, 2022, doi:10.1038/s41588-022-01243-4。

論文共同第一作者、韋爾科姆基金會(huì)桑格研究所博士后研究員Amanda Oliver博士說，“我們的研究提供了關(guān)于人類肺部和氣道中細(xì)胞如何溝通的獨(dú)特信息。通過整合單細(xì)胞和空間數(shù)據(jù)，我們能夠研究上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和免疫細(xì)胞如何相互作用以形成一種免疫壁龕---GAIN---這可能對保護(hù)人們免受呼吸道感染很重要。我們的單細(xì)胞數(shù)據(jù)使我們能夠研究使這種免疫壁龕發(fā)揮作用的信號回路，并可能在未來開發(fā)治療疾病的新方法中起到關(guān)鍵作用。”

論文共同通訊作者、韋爾科姆基金會(huì)桑格研究所的Kerstin Meyer博士說，“我們免費(fèi)提供的綜合肺部圖譜不僅對80種細(xì)胞類型（包括11種新的細(xì)胞類型）進(jìn)行了遺傳圖譜分析，它還開始描述這些細(xì)胞如何相互溝通。我們的研究建立在單細(xì)胞時(shí)代的基礎(chǔ)上，通過包括空間數(shù)據(jù)，我們開始看到肺細(xì)胞在其特定的微環(huán)境中如何相互作用。如果我們希望確定哪里出了問題導(dǎo)致了疾病，那么了解肺細(xì)胞在健康的肺部中如何相互作用是至關(guān)重要的。我們的肺部圖譜是科學(xué)界的一個(gè)寶貴資源，我們期待著更大規(guī)模的研究，繼續(xù)拼湊出肺部在細(xì)胞水平上如何發(fā)揮功能的完整拼圖。”

論文共同通訊作者、韋爾科姆基金會(huì)桑格研究所細(xì)胞遺傳學(xué)負(fù)責(zé)人、人類細(xì)胞圖譜聯(lián)合創(chuàng)始人Sarah Teichmann博士說，“通過人類細(xì)胞圖譜對細(xì)胞的詳細(xì)了解將有助于解釋人類健康和疾病的許多方面。我們的肺細(xì)胞圖譜讓人們更深入地了解一個(gè)重要器官的運(yùn)作，是對完整的人類細(xì)胞圖譜的一個(gè)重要貢獻(xiàn)。除此之外，我們的研究可以幫助確定靶向肺部的哪些途徑或細(xì)胞以幫助改善肺功能受損的人的免疫力。我們要感謝這些器官供者，以及他們的家人和親人，他們使這項(xiàng)研究成為可能。”（ Bioon.com）

參考資料：

1. Elo Madissoon et al. A spatially resolved atlas of the human lung characterizes a gland-associated immune niche. Nature Genetics, 2022, doi:10.1038/s41588-022-01243-4.

2. Spatial lung cell atlas offers insights into disease and immune function
https://medicalxpress.com/news/2022-12-spatial-lung-cell-atlas-insights.html