Nat Genet：构建出人体肺部的空间多组学细胞图谱，发现了11种新的肺细胞类型

在一项新的研究中，来自英国韦尔科姆基金会桑格研究所和剑桥大学等研究机构的研究人员提供了迄今为止最全面的肺细胞图谱，揭示了11种新的肺细胞类型，并对参与对抗肺部感染的一个免疫过程提供了详细的新见解。这种新的肺细胞图谱是更广泛的国际人类细胞图谱计划（Human Cell Atlas Initiative）的一部分，它结合了单细胞测序和空间转录组学，以提供细胞如何相互作用和相互沟通的更全面了解。相关研究结果于2022年12月21日在线发表在Nature Genetics期刊上，论文标题为“A spatially resolved atlas of the human lung characterizes a gland-associated immune niche”。

虽然单细胞研究推进了对肺部功能的理解，但肺部是由复杂的结构和环境组成的，不能仅仅通过单细胞测序来研究。例如，关于这些细胞是如何组装的，以及特定的细胞类型，特别是罕见的细胞类型是如何导致肺部疾病的，还有许多未解答的问题。

慢性肺部疾病，如慢性阻塞性肺病（chronic obstructive pulmonary disease, COPD）和间质性肺病，是全世界死亡的主要原因。了解健康肺部局部环境中细胞之间的沟通有助于确定在疾病中什么受到破坏，并提供关于如何预防或治疗的线索。

在这项新的研究中，这些作者对13名供者的肺部组织中的近20万个细胞进行了遗传图谱分析，发现了11种新的细胞类型，并显示了总共80种细胞类型的确切位置。他们发现在这些新的细胞类型中，支气管周围成纤维细胞与COPD和特发性肺纤维化有关。虽然需要进一步研究这些细胞是如何参与的，但这一发现显示了使用这种肺部图谱来发现细胞途径和疾病之间存在新联系的潜力。

论文共同第一作者、韦尔科姆基金会桑格研究所博士后Elo Madissoon博士说，“通过能够分析同一肺部的多个位置，我们能够在一次研究中获得一系列细胞的关键信息，其中许多细胞以前没有被绘制出来。此外，我们在支气管周围成纤维细胞和慢性肺部疾病之间发现的联系显示了这种肺部图谱如何超越参考数据，并能提供对疾病的新见解。”

除此之外，这些作者还能够确定一种肺部微环境，他们称之为腺体相关免疫壁龛（gland associated immune niche, GAIN）。GAIN的存在是为了帮助抵抗呼吸道感染，并最终促进IgA抗体的产生。这是他们首次设法详细描绘这一复杂的过程。

IgA反应对于有效抵御呼吸道感染非常重要，并且在肺部疾病（如COPD和囊性纤维化）中受到破坏。对GAIN功能的进一步研究可能有助于开发缓解疾病症状的疗法，提高对感染的抵抗力或构建提高疫苗反应的方法。

人体肺部的空间多组学图谱可以识别细胞类型及其位置。图片来自Nature Genetics, 2022, doi:10.1038/s41588-022-01243-4。

论文共同第一作者、韦尔科姆基金会桑格研究所博士后研究员Amanda Oliver博士说，“我们的研究提供了关于人类肺部和气道中细胞如何沟通的独特信息。通过整合单细胞和空间数据，我们能够研究上皮细胞、内皮细胞和免疫细胞如何相互作用以形成一种免疫壁龛---GAIN---这可能对保护人们免受呼吸道感染很重要。我们的单细胞数据使我们能够研究使这种免疫壁龛发挥作用的信号回路，并可能在未来开发治疗疾病的新方法中起到关键作用。”

论文共同通讯作者、韦尔科姆基金会桑格研究所的Kerstin Meyer博士说，“我们免费提供的综合肺部图谱不仅对80种细胞类型（包括11种新的细胞类型）进行了遗传图谱分析，它还开始描述这些细胞如何相互沟通。我们的研究建立在单细胞时代的基础上，通过包括空间数据，我们开始看到肺细胞在其特定的微环境中如何相互作用。如果我们希望确定哪里出了问题导致了疾病，那么了解肺细胞在健康的肺部中如何相互作用是至关重要的。我们的肺部图谱是科学界的一个宝贵资源，我们期待着更大规模的研究，继续拼凑出肺部在细胞水平上如何发挥功能的完整拼图。”

论文共同通讯作者、韦尔科姆基金会桑格研究所细胞遗传学负责人、人类细胞图谱联合创始人Sarah Teichmann博士说，“通过人类细胞图谱对细胞的详细了解将有助于解释人类健康和疾病的许多方面。我们的肺细胞图谱让人们更深入地了解一个重要器官的运作，是对完整的人类细胞图谱的一个重要贡献。除此之外，我们的研究可以帮助确定靶向肺部的哪些途径或细胞以帮助改善肺功能受损的人的免疫力。我们要感谢这些器官供者，以及他们的家人和亲人，他们使这项研究成为可能。”（ Bioon.com）

参考资料：

1. Elo Madissoon et al. A spatially resolved atlas of the human lung characterizes a gland-associated immune niche. Nature Genetics, 2022, doi:10.1038/s41588-022-01243-4.

2. Spatial lung cell atlas offers insights into disease and immune function
https://medicalxpress.com/news/2022-12-spatial-lung-cell-atlas-insights.html