2月23日,国际学术期刊Cell刊登浙大医学院干细胞与再生医学中心郭国骥教授团队的研究成果:Mapping the Mouse Cell Atlas by Microwell-seq(利用微孔板测序技术构建小鼠细胞图谱)。该团队自主研发低成本、高效率、完全国产化的高通量单细胞测序平台Microwell-seq,并在短时间内利用这一平台构建了全球首个哺乳动物的细胞图谱。
细胞是生命最小的独立遗传单位。生命体从一个受精卵开始分裂,逐渐发育成个体,细胞之间的差异也随之增大,承担不同的功能。即使相同功能的细胞也存在差异。极端的例子是,肿瘤细胞最初是由一个正常细胞变异而来。
传统的测序技术“看”的是一组一组、成群的细胞,“读”的是一堆细胞遗传信号的均值,因此单个细胞的特异性表现容易被忽略。单细胞测序通过“读”取单个细胞的遗传信息,很好地应对细胞群体异质性问题。正因为如此,近年来,单细胞测序技术成为各国科学家研究的热点,并进一步推动了人类对于生命奥秘的认知。
郭国骥认为,单细胞组学技术使人类能够从单个细胞的视角,精确地解析细胞的分化、再生、衰老以及病变,“这类技术正带来一场细胞检测、分类和鉴定的方法学革命”。2017年10月,美国科学家联合多国科学家启动“人类细胞图谱计划(Human Cell Atlas,HCA),设想对人体中所有细胞进行分类和测序,系统地描绘人体细胞图谱,并通过这把钥匙来加深对疾病诊断、监测、治疗的了解。
在细胞图谱计划面前,各国科学家雄心勃勃,争相开发出高水平的单细胞测序平台。其中一个关键问题是:如何快速高效地检测单个的细胞,才能拼完这幅巨量的“超级拼图”。郭国骥说,“我们利用微孔矩阵、分子标记和扩增技术,高通量、高精度地实现单细胞水平分析,解决了传统测序中单个细胞核酸物质少、容易丢失、分析成本高的难题。”
研究者对小鼠不同生命阶段的近50种器官组织的40余万个细胞进行了系统性的单细胞转录组分析,构建了首个哺乳动物细胞图谱。对小鼠的主要细胞类型,每一种器官内的组织细胞亚型、基质细胞亚型、血管内皮细胞亚型和免疫细胞亚型进行了详细的描述。查看http://bis.zju.edu.cn/MCA/网站,就可以看到这张细胞地图。
研究发现,来自于不同组织的基质细胞,拥有完全不同的基因表达特征,对组织特异性微环境行使重要的调节作用。这提示科学家,在组织工程和器官修复过程中不能只考虑组织细胞,必须同时修复相应的基质细胞体系。“人类对于生命的认知就像对浩淼宇宙的探索,单细胞测序赋予我们更为特殊的‘观测’手段,去探索生命体‘星空’中不曾发现的重要物质。”郭国骥说。
在审稿过程中,Cell杂志的三位评审专家对这项工作一致性地给出了“impressive”的评价,并认为“小鼠图谱必将成为用途广泛的生物数据资源”。小鼠细胞图谱的完成,也将对下一步人类细胞图谱的构建带来指导性意义,并惠及细胞生物学、发育生物学、神经生物学、血液学和再生医学等多个领域。