記者今天從中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院獲悉，中國科學(xué)家近日成功繪制了人體免疫系統(tǒng)發(fā)育圖譜，具有覆蓋組織范圍廣、時間跨度長、采樣密度高等特點，有望推動全球免疫學(xué)和發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。該研究成果近日發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》。
作為防止病毒細(xì)菌等病原體入侵人體的“衛(wèi)士”，免疫細(xì)胞是免疫系統(tǒng)不可或缺的組成部分。明確免疫細(xì)胞類型、分化及功能狀態(tài)，對理解免疫力和揭示免疫相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展機制具有重要意義。
中國科學(xué)院院士、廈門大學(xué)教授韓家淮表示，這項研究拓展了人們對人體免疫發(fā)育的認(rèn)知，有助于深入理解免疫系統(tǒng)的功能和調(diào)控機制，為疾病診斷、免疫治療和新療法開發(fā)奠定了重要基礎(chǔ)。
該研究由中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院與深圳市寶安區(qū)婦幼保健院、深圳大學(xué)、上海交通大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)等單位共同完成。
解碼30萬個細(xì)胞 構(gòu)建免疫細(xì)胞圖譜
在人體這臺“不停運轉(zhuǎn)”的機器開啟之初，免疫細(xì)胞便開始了快速的增殖、分化和遷移，這為研究組織器官區(qū)域免疫特性的形成與發(fā)展提供了獨特的時間窗口。在這項研究中，團隊通過自主搭建的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序平臺對發(fā)育中的30萬個免疫細(xì)胞進行“解碼”，成功構(gòu)建了研究領(lǐng)域內(nèi)組織范圍最廣、時間跨度最大、采樣密度最高的高分辨率人體免疫系統(tǒng)發(fā)育圖譜。
“我們對大量的樣本進行了無差別單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序，這個技術(shù)的好處就是在不知道樣本是哪一類細(xì)胞亞型時，可以直接通過它的基因表達譜來推斷細(xì)胞種類，這樣我們能夠更好地發(fā)現(xiàn)未知的細(xì)胞類群。”論文通訊作者、中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院合成生物學(xué)研究所李漢杰說。
研究團隊鑒定了11種主要的免疫細(xì)胞類型，對每一種主要的免疫細(xì)胞類型進行了更細(xì)致的分類，最終得到包括15種巨噬細(xì)胞在內(nèi)的56種免疫細(xì)胞亞型，并將它們的時空動態(tài)變化軌跡精準(zhǔn)地描繪在圖譜中。
李漢杰介紹，研究團隊針對這一圖譜開發(fā)了一個共享的可視化平臺，相關(guān)數(shù)據(jù)可以公開查詢，以便更多的研究人員對該數(shù)據(jù)集進行探索，共同推動免疫學(xué)研究領(lǐng)域的發(fā)展。
發(fā)現(xiàn)細(xì)胞“新類型” 刷新科學(xué)界認(rèn)知
巨噬細(xì)胞是一類分布廣泛且“多才多藝”的免疫系統(tǒng)成員。它們既是身體的“清潔隊”，通過吞噬細(xì)胞殘骸和廢物來清除病原體和有害物質(zhì)；同時也是免疫系統(tǒng)的“哨兵”，通過釋放細(xì)胞因子等信號來告知其他免疫細(xì)胞有外來入侵物質(zhì)，準(zhǔn)備應(yīng)戰(zhàn)。此外，巨噬細(xì)胞還可以感知周圍環(huán)境的變化，根據(jù)器官的需求來維持身體的穩(wěn)態(tài)。
小膠質(zhì)細(xì)胞作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最主要的巨噬細(xì)胞，在傳統(tǒng)認(rèn)知中只存在于腦和脊髓中，不會在其他器官或組織中出現(xiàn)。如今來看，并非如此。
研究團隊觀察發(fā)現(xiàn)，在發(fā)育時期，有一類細(xì)胞形態(tài)、特征蛋白表達、轉(zhuǎn)錄組表達譜都與小膠質(zhì)細(xì)胞非常相似的特殊細(xì)胞亞群，廣泛分布在中樞神經(jīng)系統(tǒng)之外的多個組織中（包括表皮、心臟和睪丸），科研團隊將其命名為“類小膠質(zhì)細(xì)胞”。
“類小膠質(zhì)細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)，將會打破‘小膠質(zhì)細(xì)胞僅存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)’這一固有認(rèn)知。”李漢杰說。
那么，新發(fā)現(xiàn)的免疫細(xì)胞類型有何功能？
由于類小膠質(zhì)細(xì)胞在表皮中最為富集，研究團隊進一步研究了它們在表皮組織中的功能，進而發(fā)現(xiàn)類小膠質(zhì)細(xì)胞主要集中在胚胎背部，與神經(jīng)嵴細(xì)胞呈現(xiàn)出相似的分布模式。經(jīng)實驗證明，在神經(jīng)嵴細(xì)胞發(fā)育成黑色素細(xì)胞的過程中，表皮的類小膠質(zhì)細(xì)胞起了調(diào)節(jié)控制的作用。
“有意思的是，我們還在多個組織中鑒定到了一群高表達促血管生成基因的巨噬細(xì)胞，并且在不同組織中都具有相似的基因表達譜，且均定位在胚胎器官的血管附近。”李漢杰說，研究團隊在體外實驗中也驗證了這群細(xì)胞具有促進血管生成的能力，并將這群細(xì)胞命名為“促血管生成巨噬細(xì)胞”。
該類細(xì)胞與腫瘤中的促血管生成細(xì)胞有著高度相似的基因表達模式，這一發(fā)現(xiàn)可能為腫瘤的發(fā)生機制研究，及其潛在的治療策略制定提供新思路。
該研究大大擴展了巨噬細(xì)胞的“技能點”：它們不僅僅在體內(nèi)有著吞噬異物、維持穩(wěn)態(tài)等作用，在胚胎發(fā)育過程中還能影響人體神經(jīng)嵴細(xì)胞分化，具有助力誘導(dǎo)血管生成等“推陳出新”的功能。
“這一工作為相關(guān)區(qū)域的疾病發(fā)生發(fā)展、免疫療法的開發(fā)以及發(fā)育生物學(xué)的深入研究提供有益的指導(dǎo)。”中國工程院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授田志剛說。
