在一項新的研究中，來自英國韋爾科姆基金會桑格研究所和劍橋大學等研究機構(gòu)的研究人員提供了迄今為止最全面的肺細胞圖譜，揭示了11種新的肺細胞類型，并對參與對抗肺部感染的一個免疫過程提供了詳細的新見解。這種新的肺細胞圖譜是更廣泛的國際人類細胞圖譜計劃（Human Cell Atlas Initiative）的一部分，它結(jié)合了單細胞測序和空間轉(zhuǎn)錄組學，以提供細胞如何相互作用和相互溝通的更全面了解。相關(guān)研究結(jié)果于2022年12月21日在線發(fā)表在Nature Genetics期刊上，論文標題為“A spatially resolved atlas of the human lung characterizes a gland-associated immune niche”。

雖然單細胞研究推進了對肺部功能的理解，但肺部是由復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和環(huán)境組成的，不能僅僅通過單細胞測序來研究。例如，關(guān)于這些細胞是如何組裝的，以及特定的細胞類型，特別是罕見的細胞類型是如何導(dǎo)致肺部疾病的，還有許多未解答的問題。

慢性肺部疾病，如慢性阻塞性肺病（chronic obstructive pulmonary disease, COPD）和間質(zhì)性肺病，是全世界死亡的主要原因。了解健康肺部局部環(huán)境中細胞之間的溝通有助于確定在疾病中什么受到破壞，并提供關(guān)于如何預(yù)防或治療的線索。

在這項新的研究中，這些作者對13名供者的肺部組織中的近20萬個細胞進行了遺傳圖譜分析，發(fā)現(xiàn)了11種新的細胞類型，并顯示了總共80種細胞類型的確切位置。他們發(fā)現(xiàn)在這些新的細胞類型中，支氣管周圍成纖維細胞與COPD和特發(fā)性肺纖維化有關(guān)。雖然需要進一步研究這些細胞是如何參與的，但這一發(fā)現(xiàn)顯示了使用這種肺部圖譜來發(fā)現(xiàn)細胞途徑和疾病之間存在新聯(lián)系的潛力。

論文共同第一作者、韋爾科姆基金會桑格研究所博士后Elo Madissoon博士說，“通過能夠分析同一肺部的多個位置，我們能夠在一次研究中獲得一系列細胞的關(guān)鍵信息，其中許多細胞以前沒有被繪制出來。此外，我們在支氣管周圍成纖維細胞和慢性肺部疾病之間發(fā)現(xiàn)的聯(lián)系顯示了這種肺部圖譜如何超越參考數(shù)據(jù)，并能提供對疾病的新見解。”

除此之外，這些作者還能夠確定一種肺部微環(huán)境，他們稱之為腺體相關(guān)免疫壁龕（gland associated immune niche, GAIN）。GAIN的存在是為了幫助抵抗呼吸道感染，并最終促進IgA抗體的產(chǎn)生。這是他們首次設(shè)法詳細描繪這一復(fù)雜的過程。

IgA反應(yīng)對于有效抵御呼吸道感染非常重要，并且在肺部疾病（如COPD和囊性纖維化）中受到破壞。對GAIN功能的進一步研究可能有助于開發(fā)緩解疾病癥狀的療法，提高對感染的抵抗力或構(gòu)建提高疫苗反應(yīng)的方法。

人體肺部的空間多組學圖譜可以識別細胞類型及其位置。圖片來自Nature Genetics, 2022, doi:10.1038/s41588-022-01243-4。

論文共同第一作者、韋爾科姆基金會桑格研究所博士后研究員Amanda Oliver博士說，“我們的研究提供了關(guān)于人類肺部和氣道中細胞如何溝通的獨特信息。通過整合單細胞和空間數(shù)據(jù)，我們能夠研究上皮細胞、內(nèi)皮細胞和免疫細胞如何相互作用以形成一種免疫壁龕---GAIN---這可能對保護人們免受呼吸道感染很重要。我們的單細胞數(shù)據(jù)使我們能夠研究使這種免疫壁龕發(fā)揮作用的信號回路，并可能在未來開發(fā)治療疾病的新方法中起到關(guān)鍵作用。”

論文共同通訊作者、韋爾科姆基金會桑格研究所的Kerstin Meyer博士說，“我們免費提供的綜合肺部圖譜不僅對80種細胞類型（包括11種新的細胞類型）進行了遺傳圖譜分析，它還開始描述這些細胞如何相互溝通。我們的研究建立在單細胞時代的基礎(chǔ)上，通過包括空間數(shù)據(jù)，我們開始看到肺細胞在其特定的微環(huán)境中如何相互作用。如果我們希望確定哪里出了問題導(dǎo)致了疾病，那么了解肺細胞在健康的肺部中如何相互作用是至關(guān)重要的。我們的肺部圖譜是科學界的一個寶貴資源，我們期待著更大規(guī)模的研究，繼續(xù)拼湊出肺部在細胞水平上如何發(fā)揮功能的完整拼圖。”

論文共同通訊作者、韋爾科姆基金會桑格研究所細胞遺傳學負責人、人類細胞圖譜聯(lián)合創(chuàng)始人Sarah Teichmann博士說，“通過人類細胞圖譜對細胞的詳細了解將有助于解釋人類健康和疾病的許多方面。我們的肺細胞圖譜讓人們更深入地了解一個重要器官的運作，是對完整的人類細胞圖譜的一個重要貢獻。除此之外，我們的研究可以幫助確定靶向肺部的哪些途徑或細胞以幫助改善肺功能受損的人的免疫力。我們要感謝這些器官供者，以及他們的家人和親人，他們使這項研究成為可能。”（ Bioon.com）

參考資料：

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