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科学家们发现了以前未知的健康和疾病中的肝细胞亚型

肝脏是人体最大和最多功能的器官之一。它将我们食物中的糖,蛋白质和脂肪转化为对身体有用的物质,并将它们释放到细胞中。除了它在人体新陈代谢中的作用外,肝脏是一种免疫器官,对于解毒血液是必不可少的。最引人注目的是,肝脏是唯一能够再生回其全尺寸的内脏器官,仅占其原始质量的25%。

肝病是世界上最大的健康问题之一,也是死亡的主要原因。仅在德国,至少有500万患者患有脂肪肝,肝癌或肝炎。尽管肝脏对人类健康具有极大的重要性,但健康和患病组织中个体肝细胞类型的多样性以及相关的分子和细胞过程尚未得到充分研究。

来自弗莱堡马克斯普朗克免疫生物学和表观遗传学研究所的科学家以及斯特拉斯堡大学的同事现在正在科学杂志“自然”杂志上发表一篇全面的人体肝细胞图谱。。利用所谓的单细胞RNA测序,由Max Planck集团领导DominicGrün领导并与Baumert Lab合作的研究人员成功地创建了健康人肝脏细胞群的详细图谱。基于对来自9个人类供体的10000个细胞的分析,细胞图谱显示所有重要的肝细胞类型,包括肝细胞,肝脏的主要代谢细胞,血管内皮细胞,肝脏驻留巨噬细胞和其他免疫细胞类型,如以及胆管细胞和肝上皮祖细胞。利用这些数据,可以以前所未有的分辨率捕获细胞类型和细胞状态的多样性,并了解它们在发育过程中或疾病进展过程中的变化。

细胞的指纹

研究人员还在所谓的相同细胞类型的个体细胞中发现了惊人的多样性。他们发现了肝细胞,内皮细胞和巨噬细胞的新亚型,尽管它们的形态外观几乎没有差异,但它们具有不连续的基因表达谱。这些发现是通过实验和计算单细胞分析方法的重大进展而实现的,这些方法能够以高分辨率检查细胞。

在单细胞RNA测序中,待研究的器官组织解离成单个细胞;然后分离这些细胞并分别测序。测序用于确定细胞中存在多少个基因的信使RNA分子(mRNA)。“信使RNA将存储在DNA中的蓝图传输到蛋白质工厂。通过测量某个时间点细胞中存在哪些RNA分子,我们可以确定哪些基因是活跃的。这为我们提供了一种指纹我们全面了解每个细胞的本质。这使我们能够了解细胞的功能,调节方式以及疾病发生时会发生什么,“DominicGrün解释说。

以这种方式获得的数据不仅极其广泛,而且非常复杂,因为必须同时量化和解释数千个细胞中数千个基因的RNA分子。近年来,DominicGrün开发了量身定制的算法,帮助他和他的团队表征不同细胞类型并了解其发育途径。

识别肝细胞的祖细胞

利用这些细胞指纹,弗莱堡研究人员还发现了胆管细胞亚群的先前未知特性。胆管贯穿整个肝脏,将胆汁输送到胆囊。“我们的数据显示,这种罕见亚群中的细胞是前体细胞或祖细胞。它们不仅能够形成干细胞的显着特征的类器官,而且还有可能发展成不同的细胞类型,”Nadim Aizarani解释说。 ,这项研究的第一作者。当在培养基中培养时,这些祖细胞分化成肝细胞或胆管细胞。Max Planck研究人员确信这种前体细胞群在肝脏再生中起着重要作用,并且还可能参与肝脏疾病或肿瘤的发展。

癌症患者的重要参考数据

因此,细胞图谱和单细胞RNA测序方法具有巨大的癌症治疗潜力。目前分析患病组织(例如肿瘤组织)的方法仅提供了整个组织样品的活性基因浓度的平均值,因此仅提供了肿瘤分子谱的平均值。“稀有细胞类型甚至个体细胞的贡献在这个平均值中都会消失。尽管可能恰恰是这些细胞确定组织是否健康或退化为癌症,”DominicGrün解释道。

但另一方面,单细胞测序捕获待检样品中每个健康或患病细胞的分子特征。与健康组织的参考数据进行比较,使科学家能够针对肿瘤细胞的致病分子特性,并有助于在未来开发出改进的治疗方案。

弗莱堡和斯特拉斯堡的研究人员在他们的最新研究中证明,人类肝脏细胞图谱将成为肝癌研究的重要参考数据库。他们将来自细胞图谱的健康组织的数据与来自肝细胞癌(最常见的原发性肝癌)形式的细胞进行了比较。比较得出结论,例如肿瘤内不同细胞类型的新肿瘤细胞标志物和扰乱基因活动模式的鉴定。“我认为使用单细胞测序研究癌症将有助于进一步提高诊断水平,最终进一步治疗肿瘤。未来,我们不仅能够发现肿瘤中不同细胞类型之间可能的相互作用。也可以随着疾病的进展观察这些相互作用,

研究人员相信,他们的人肝细胞图谱和开发的方法已经在生物医学中奠定了重要的基础,这将在分子水平上推进肝病的研究和认识,从而可能为未来的肝病创造新的治疗策略。 。

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