北京時間4月13日晚，由深圳華大生命科學研究院主導，多國科研團隊共同參與的首個非人靈長類動物（猕猴）全身器官細胞圖譜發表于國際頂級學術期刊《自然》(Nature)。該圖譜將被用于物種進化、人類疾病以及藥物評價和篩選相關的研究，爲生物醫學的發展提供基礎性的資源和工具，爲疾病診療、靶向藥物開發提供助力，爲人類更好地探究生命的進化提供可能。
21世紀初，人類基因組草圖的問世爲生命科學研究譜寫了一本生命“天書”，爲生命的數字化提供了基礎。然而，遺傳信息是由細胞攜帶的，目前，人類對自身細胞的認識還很有限，全面解碼細胞的數字化特征將推動生命科學的研究，爲生物醫學的發展提供基礎性的資源和工具。爲此，研究人員將目光投向了和人的基因相似度高達93%的猕猴，繪制了一張猕猴的全身器官的細胞圖譜。
“這個圖譜就像一張‘地圖’，有了它就相當于有了一個探索生命細胞分辨率的高精度儀器，可以‘看到’每個器官都有哪些細胞，還可以精細到每個細胞裏具體的分子特征及與其他細胞的互作關系。”論文的第一作者、深圳華大生命科學研究院韓磊博士介紹說，“這爲我們更好地認識生命的基本結構，探究疾病和細胞的關系打下了基礎，也爲疾病的精准治療提供了新的方向。”
研究團隊基于華大自主研發的單細胞建庫和測序平台對成年猕猴的45個器官的約114萬個細胞進行了單細胞測序分析，將其分成了113種主要的細胞類型和463種細胞亞類，並搭建了非人靈長類動物百萬單細胞交互式資源網站。
非人靈長類動物百萬單細胞交互式資源網站截圖
“非人靈長類動物相比其他模式動物，在人類疾病特別是認知和神經系統疾病研究中具有顯著優勢，” 論文的共同通訊作者之一、深圳華大生命科學研究院劉龍奇表示，“猕猴全細胞圖譜將爲人類疾病機制和臨床前研究提供豐富的信息，開拓新的視野。”
爲器官損傷修複提供方向
我們身體裏的各個組織中存在著許多共有的細胞類型，這些細胞類型由于所處的組織環境不同具有不同的分子特征。比如肝髒和腎髒有一部分細胞的類型可能是相同的。利用非人靈長類細胞圖譜，研究者找到了各個組織的共有細胞類型及其“特有標簽”（特異性標記基因），這對于了解這些共有細胞在不同組織裏發揮不同功能提供了分子層面的證據。
同時，研究人員還發現了多種存在于各個組織中的具有分化潛能的細胞，這類細胞或可爲之後各類器官損傷修複提供細胞來源，爲哺乳動物組織再生研究提供新的思路。
爲預防和治療病毒性傳染病
及遺傳疾病提供數據支持
基于該圖譜，研究人員構建了包含新冠、乙肝、狂犬病毒等126種病毒易感細胞類型的病毒數據庫，這就像一本“病毒字典”，可以通過它快速查詢病毒最有可能侵染的細胞類型，同時看到該細胞類型可能分布的器官。有了它，醫生在檢查新冠肺炎確診患者肺部情況的時候，可能也會同步檢查腎髒、肝髒和膽囊。因爲“病毒字典”裏提到，這幾個器官同樣分布有新冠病毒可能感染的細胞。
除了病毒導致的疾病，研究人員也可以輸入特定遺傳疾病的致病基因或遺傳位點來查詢該疾病可能的致病細胞類型。
爲縮短藥物研發時間提供助力
衆所周知，藥物研發花費巨大，耗時長。其中的第一步“藥物初選”就要從成千上萬種藥物中篩選出幾種相對有效的藥物，這就需要耗費非常長的時間，且研究人員無法對每一種藥物都進行動物試驗。
而通過這個細胞圖譜，研究人員就可以針對靶向的細胞，檢測該細胞對于這些藥物的反應，從而快速選出幾種有效的藥物，再進行動物試驗。這將大大縮短大規模藥物篩選的時間，有助于靶向藥的研發和精准治療。
“大規模細胞圖譜的繪制工作，對于我們理解器官結構組成、胚胎發育和衰老、人類疾病及生命演化等都具有重要的意義。未來我們還將開發更高通量的單細胞技術以及具備空間分辨率的多組學技術，爲全面構建生命單細胞分辨率的時空圖譜提供重要工具。”論文的共同通訊作者之一、深圳華大生命科學研究院院長徐訊表示，“同時細胞圖譜數據正在迅速增長，其中蘊含巨大的信息量，這些數據解讀和挖掘工作需要全球科學家的共同協作和努力。”
該圖譜的繪制，離不開單細胞測序技術的進步和測序成本的下降。在過去，要繪制這樣一張“地圖“，需要大量的時間及高昂的實驗成本。而如今，基于華大自主開發的單細胞建庫平台（DNBelab C4）和DNBSEQ測序技術，世界各地的領域專家及科研工作者可以以低成本、高通量、高靈敏度和准確性的方法進行大規模的單細胞測序分析，爲整個生命科學領域提供了一系列寶貴的數據資源。
本研究由深圳華大生命科學研究院聯合北京華大生命科學研究院、深圳國家基因庫、吉林大學、中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院、瑞典卡羅林斯卡醫學院、英國劍橋大學、西班牙ICREA研究所、新加坡ASTAR等來自6個國家的35個科研團隊共同參與完成。韓磊、魏小雨、劉傳宇、莊鎮堃、鄒軒軒、王智鋒和Giacomo Volpe爲該論文的共同第一作者，劉龍奇、徐訊、侯勇和Miguel A. Esteban爲論文的共同通訊作者。本研究已通過倫理審查，嚴格遵循相應法規和倫理准則。