在一項新的研究中，來自英國韋爾科姆基金會桑格研究所、歐洲分子生物學實驗室歐洲生物信息學研究所(EMBL-EBI)和劍橋大學格登研究所等研究機構的研究人員史無前例地繪製了發育中的人類肺部的細胞圖譜，確定了生命早期的144種細胞狀態，並揭示了發育細胞和肺癌之間的新聯係。他們一次一個細胞地研究哪些基因在肺部發育的不同階段被激活。他們通過結合空間技術，精確地確定了細胞在發育中肺部的位置，從而構建出發育肺細胞圖譜(Developmental Lung Cell Atlas)，顯示了這種呼吸係統是如何形成的。相關研究結果發表在2022年12月8日的Cell期刊上，論文標題為“A human fetal lung cell atlas uncovers proximal-distal gradients of differentiation and key regulators of epithelial fates”。

        該圖譜提供了一個獨特的、可免費使用的資源，不僅描述了肺部形成時產生的細胞，而且還描述了這些過程是如何被基因控製的。

        這種高度詳細的圖譜就像健康肺部發育的指南，可以作為研究肺部疾病如何起源的基線。它也可以用來構建新的模型來研究肺部疾病和測試潛在的治療方法。

        許多疾病在發育過程中都有其起源。雖然健康和疾病中的成人器官的單細胞圖譜正在發掘有關肺部的新信息，但人類肺部在生命早期是如何形成的，仍然沒有得到充分的探索。

        發育的最初幾周是非常動態的，隨著器官構建過程在不同階段之間的移動，細胞類型迅速出現和消失。為了了解肺部的發育，有必要建立一個包括所有肺部細胞類型的圖譜，包括在不同發育階段的短暫細胞。

        為了構建這種發育肺細胞圖譜，這些作者將早期細胞的單細胞測序與空間技術相結合，構建出一種深入的肺部發育數據集。這個公開的資源描述了哪些細胞類型存在於發育中的肺部結構中，以及這些細胞是如何受到調節的。

        這些作者確定了144種細胞類型，如中間細胞類型和過渡細胞類型，包括一種可能與在生命後期出現的人類小細胞肺癌有關的細胞亞型。

        他們利用這種細胞圖譜對肺細胞如何發育進行了預測，特別是哪些基因是驅動這一過程的關鍵角色。他們隨後使用類器官模型來驗證新出現的假設，證實該細胞圖譜可用於準確預測組織發育所涉及的階段和細胞。

        論文共同第一作者Peng He博士說，“我們的高分辨率計算分析在發育中的人類肺部發現了以前沒有描述過的罕見細胞群體。在這些新的細胞群體中，我們發現了一個與一種不甚了解的成年人小肺細胞癌類型相關的細胞群體。雖然需要進一步的研究來了解這種聯係，但這表明利用我們獨特的細胞圖譜可以發現對發育和疾病共有機製提出重要見解。除此之外，通過包括染色質易接近性數據和體外擾動實驗，我們的研究顯示了關鍵轉錄因子如何能夠單獨決定譜係選擇，使我們能夠開始了解控製分化途徑的調控邏輯。”

        論文共同作者、韋爾科姆基金會桑格研究所的Kerstin Meyer博士說，“我們的前沿單細胞研究為人類發育中的肺部提供了全麵且質量極高的數據集。通過記錄那些轉瞬即逝的、在成人肺部沒有發現的細胞，它使我們能夠看到細胞如何分化的細節，這在以前是不可能的。如果我們要充分了解疾病的根源，我們需要對人體各個階段的細胞有一個完整的看法，而該細胞圖譜有助於我們做到這一點。”

        論文共同作者、人類細胞圖譜聯合創始人、韋爾科姆基金會桑格研究所的Sarah Teichmann博士說，“詳細記錄了生命所有階段的完整人類細胞圖譜將有助於解釋人類健康和疾病的許多方麵。這包括在生命早期形成的構成器官的細胞，我們在成年後會失去這些細胞。我們的發育肺細胞圖譜使我們能夠觀察成年肺細胞所經曆的階段和途徑，以及這些早期階段如何影響以後的疾病。這是對人類細胞圖譜第一稿的一個重要貢獻。”

        參考資料：

        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