迎接單細胞生物學新時代

作者：孫學軍

來源：科學網

細胞學說是現代生物醫學的根基，對細胞從形態到功能上的區分也是細胞學研究最重要的內容，經過 100 年的努力，我們似乎已經掌握了所有細胞類型的辨別，也給我們認識生理功能和病理變化帶來了重要進步。但是我們現在已經了解到，同樣的細胞類型，在發揮功能上存在非常巨大的亞群，其中免疫學領域的進展最為迅速。最近生物醫學領域有少數實驗室掌握了單細胞基因組分析技術，這給細胞分類帶來了一場革命，因為我們會發現，每個細胞就好像一個社會中的人，都是具有個性的個體，也都是屬於某個社區或特定職業的專業細胞，這給我們進一步認識我們人類自己的最基本功能單元，將帶來一場正在意義的革命。最近《自然》發表來自以色列單細胞基因組領先學者 Amir Giladi 的文章，給我們了解單細胞基因組提供了一個機會。

100 多年來，科學家試圖對人體 10 到 50 萬億人體細胞根據功能不同進行區分，例如有長達 1 米的神經元，有肉眼可見個頭巨大的受精卵細胞，也有大小只有 8 微米的紅細胞。這種細胞類型分類不僅幫助我們確定不同細胞的作用，也給生理學和病理學研究奠定了重要基礎。

但是隨著研究的深入，我們現在已經意識到經典的細胞分類並不能有效區分細胞個體功能差異。傳統的細胞類型特異性研究方法是，用抗體標記熒游標記特定細胞表面抗原，所謂細胞表面標記物區分出細胞類型，然後對成七十萬個這種細胞進行 RNA 或 DNA 序列分析。具有類似細胞表面標誌或形態類似的細胞功能千差萬別，是導致這種細胞分類方法失敗的部分原因。

單細胞基因組分析技術給細胞分類帶來了重要革命。這種新技術源於捕捉單個細胞並對這個細胞內的所有 RNA 和 DNA 分子進行序列分析。單細胞基因組分析類似於 1980 年代對細胞分子進行顯微鏡成像的技術，是在顯微鏡和細胞標記技術基礎上發展起來的。

過去的 5 年內，許多小組從對大量細胞分析少量基因表達分析開始，實現了對完整組織細胞同時進行數千基因表達的分析。利用這個技術也發現了新的細胞類型和新細胞功能狀態和新信號通路。

兩種方法比較

以色列魏茨曼科學研究所免疫學室就是最早講單細胞基因組分析用於免疫系統眼睛的小組之一。這種技術非常適合免疫學研究，因為免疫細胞異質性和可塑性是免疫系統工作的重要組成部分。其他組織細胞也一定存在類似特徵，例如同樣是小膠質細胞，激活後可以變成 M1 和 M2 兩種作用相反的細胞類型，星形膠質細胞也存在類似的情況，神經元在功能上就千差萬別。只不過許多免疫細胞可以遊走和分離，研究起來相對容易一些，才對細胞特異性有更多知識積累。

單細胞基因組技術結果分析將需要科學家和臨床學家共同努力，但是我們必須準備好重新對細胞類型和狀態進行劃分的思想準備，甚至要對細胞網路進行重新構建。

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