人体最复杂器官也能“按图索骥”

从细胞水平上看人体，是什么样的？

这正是“人类生物分子图谱计划”（HuBMAP）要回答的问题——通过革命性技术发展、数据收集和空间图谱，建立一个广大科研人员易于访问的框架，在单细胞水平综合全面地解析人体。

19日，《自然》杂志同时发表了3篇论文报道了人体肠道、肾脏和母胎界面（胎盘和母体细胞共存处）的参考细胞图谱。除了这些研究，HuBMAP还发表了一系列其他论文，这些工作共同揭示了各类型细胞排列以及它们与人体不同组织和器官相互作用的新信息，是研究人体生物学和疾病的宝贵资源。

倾听“生理交响乐”并非易事

人体是一架任何人造设备都无法匹敌的、复杂而高效的机器。上万亿的细胞，以天工造物的神奇排列和功能状态组织起来，每时每刻都在奏响“生理交响乐”。

对人类来说，细胞的组织方式和细胞间的相互作用决定了器官和组织的功能。HuBMAP计划旨在绘制整个人体的细胞排列方式，帮助科学家研究细胞如何工作，以及细胞间的关系如何影响个体健康。

不过，这一过程非常有难度。你可以把构建细胞图谱想象成地图绘制，但揭示细胞的位置、结构和功能，远比绘出地图上的海拔、河流、道路、森林、小径、城市、建筑更为不易。因为不同的人群需要不同的图谱；人群中每个个体在时时更新，需要密切关注；个体的每个器官不仅需要一张图，还需要图集。

为此，HuBMAP合作组一直在开发能在单细胞水平上绘制组织和器官内细胞分子组成的工具，这些组成包括RNA、蛋白质和代谢物。这类工具现在已被用来构建人类肠道、肾脏以及与胎盘相连组织的参考细胞图谱。

精准构建多器官图谱

美国斯坦福大学医学院团队研究了人体肠道，这个复杂的器官有许多不同的结构和功能（从消化到支持免疫系统）。他们分析了9名个体的8个肠道部位，揭示了不同位置肠道组成的巨大差异。他们发现了新的上皮细胞亚型，还发现了不同细胞类型会形成“社区”，有些“社区”能特异性地调节免疫应答。研究结果揭示了能促进肠道发挥功能的复杂、差异化的细胞组成。

圣路易斯华盛顿大学医学院团队则分析了45个健康的和48个生病的人体肾脏。这些器官的损伤会触发肾细胞变化，最终影响肾脏功能。他们绘制了肾脏不同区域的51种主要细胞类型的单细胞和空间图谱。同时，还发现了会在急性或慢性损伤下改变的细胞状态和肾脏免疫细胞、基质细胞和上皮细胞“社区”，包括与修复途径是否成功或存在缺陷有关的状态。

斯坦福大学的另一组人则构建了妊娠前半期的人体胎盘图谱。他们分析了来自66例人体母胎界面样本的约50万个细胞和588个动脉。具体而言，他们研究了胎盘和子宫之间的界面，这里的母体动脉会发生改变，从而给胎儿供血。这些图谱覆盖了不同的发育阶段（妊娠6—20周），识别了胎盘和免疫细胞之间的相互作用；后一项发现阐明了母体免疫细胞如何支持母体和胎儿完全不同的细胞的共存。

推动人类对疾病的理解

人体器官细胞图谱的精准绘制，是一个漫长而复杂的过程，技术的进步可以扫除前进中的障碍，但同时，也将更多不为前人所知的问题摊在研究人员面前。最终，无论是崭新图谱的出炉还是对现有图谱的丰富、调整，都将惠及人类自身。

在《自然》同时发表的新闻与观点文章中，英国惠康桑格研究所科学家评论称，这3个HuBMAP图谱通过定义与疾病相关的细胞状态的空间位置，推动人类对疾病的理解。

科学家们表示仍需检验更多样本来“建立细胞组织和功能在健康和疾病中的可靠关联”。但他们预计，很快就会有来自其他组织的更多图谱与人们见面。