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拒绝“被平均”—单细胞组学研究
行业新闻 2018-11-20 14:22

  一个普通人和一个亿万富翁站在一起,平均之下便会成了两个千万富翁。然而,这份“平均”所得的结果,却完全无法反映真实的情况。我们体内的细胞亦是如此。每个人都由数十万亿的细胞组成,从宏观上所观察到或检测出的细胞群体的状态,也许并不能反映出其真实的情况。

  近年来,随着测序技术的发展,细胞测序领域的研究与应用层出不穷扩张迅速。但现在被大规模应用的测序,仍然以细胞混合体为材料,检出的也是一群细胞的平均值或是其中占优势数量的信息。然而这样的检测手段突出了细胞的同质性,却忽略了其异质性,即忽略了细胞间的差异对于控制基因表达、细胞行为的影响。举个例子,传统高通量测序方法在罕见循环肿瘤细胞的转录组分析、人胚胎发生最早期的分化特征研究、肿瘤的非均质性以及未进化研究等领域就难以应用。于是,在这样的背景下,单细胞组学的概念应运而生。

  单细胞组学研究比常规的细胞群体研究可以揭示更多细胞类型和亚群的多样性。尽管在技术方面,比如单个细胞的分离以及单细胞基因组和转录的扩增,有着相当的难度,但其价值依然让它收到了瞩目关注。2013年,《科学》杂志将单细胞测序列为年度最值得关注的六大领域榜首;《自然方法》杂志将单细胞测序的应用列为2013年年度最重要的方法学进展。单细胞测序正在推动微生物、发育生物学、神经科学、免疫、癌症等领域的发展。


拒绝“被平均”—单细胞组学研究

  此外,2017年,众多科学家齐聚伦敦,人类细胞图谱计划(Human Cell Atlas,HCA)宣告启航。HCA 旨在描述人体中每个细胞(包括细胞类型、数量、定位、关系和分子组成),作为促进生物医学科学发展的参考地图,HCA将提供不同类型细胞组成人体组织的3D图谱、所有人体系统的连系方式,以及图谱变化与健康和疾病的关系。由此可见,已经有很多科学工作者将目光投向了单细胞组及单细胞测序领域,而当下,这项技术已经在多个方面展露出了不凡的应用前景。
 
  肿瘤

  研究发现,肿瘤是在细胞水平的恶性克隆,同时,恶性肿瘤细胞通过对自身的不断“改良”以适应宿主各种环境。从进化上来说,能够引发恶性肿瘤的细胞,即所谓“成功”的肿瘤细胞,其具备将遗传模板传递给下一代肿瘤细胞的能力,而能够引致远处转移的恶性肿瘤细胞,其自身必定带有其他肿瘤细胞亚群所不具备的信息。因此,在单克隆水平分析这些肿瘤克隆的发生、发展、转移等,有可能揭示恶性肿瘤产生的具体机制。

  血液病

  2017 年,第 59 届美国血液学会(ASH)年会报道了多项与血液系统疾病相关的单细胞测序研究结果,包括造血干细胞(HSC)、急性白血病(AL)、成熟淋巴瘤和骨髓纤维化(MF)等的基础与临床研究,主要涉及基因组学、甲基化组学和转录组学等研究领域。这里举一个例子。急性髓系白血病(AML)分类复杂,标准化疗虽然能够诱导患者获得完全缓解,但易复发,死亡率较高。其根源就在于白血病干细胞(LSC)的残留。利用单细胞 RNA 测序技术识别 LSC 中处于自我更新的细胞亚群,可确定了 LSC 的自我更新基因表达谱,并在体内验证了该表达谱的功能。该表达谱的检测有助于患者的预后判定。


拒绝“被平均”—单细胞组学研究

  单细胞水平的微生物研究

  微生物的研究面临着与人类细胞不同的难题。举个简单的例子,许多微生物、古细菌无法培养,特别是一些病原微生物,能够进入一种被称为“活的但不可培养”的状态。单细胞尺度微生物学的相关研究方法由于可以直接以单一细胞为起始材料,在避免了细胞培养过程的同时,可以从自然界直接获取细胞,并对其“原位”状态进行分析、获知微生物在自然界中最为原始的状态,无疑为解决上述问题提供了有效的工具。

  除了以上几个领域,单细胞组学及其测序还有更多的应用正在发掘中。2018年单细胞组学技术与应用研讨会将于9月15日在南京召开。在未来,当人们对健康的要求更加细化,当更多单细胞层面的差异被一一发掘,相信单细胞组学领域的研究将会迎来更灿烂的争鸣。