解码30万个免疫细胞发现“新类型”

在学术期刊《细胞》近日发表的一项最新研究中，我国研究人员首次成功构建了覆盖组织范围最广、时间跨度最长、采样密度最高的人类免疫系统发育图谱。值得一提的是，研究人员鉴定出了广泛存在于多个组织脏器的促血管生成巨噬细胞和中枢神经系统外的类小胶质细胞，打破了固有认知，将推动免疫学和发育生物学领域的发展。

中国科学院院士、厦门大学教授韩家淮评价称，“该研究拓展了人们对人体免疫发育特别是巨噬细胞多样性、分化和功能的认知，有助于深入理解免疫系统的功能和调控机制，为疾病诊断、免疫治疗和新疗法开发提供重要的基础。”

构建最全免疫细胞图谱

在人体机器开启之初，免疫细胞便始了快速的增殖、分化和迁移，这为研究组织器官区域免疫特性的形成与发展提供了独特的时间窗口。团队通过自主的单细胞转录组测序平台，对发育中的30万个免疫细胞进行“解码”，成功构建了这一高分辨率人类免疫系统发育图谱。

“我们对大量样本进行无差别单细胞转录组测序，在不明晰样本是哪一类细胞亚型时，可以直接通过其基因表达谱来推断细胞种类，能更好地发现未知细胞类群。”深圳先进院合成生物学研究所研究员李汉杰说。

团队鉴定了11种主要的免疫细胞类型，并对这些细胞类型进行更细致地分类，最终注释得到包括15种巨噬细胞在内的56种免疫细胞亚型，并将它们的时空动态变化轨迹精准地描绘在图谱中。

研究人员还针对图谱开发了数据可共享的可视化平台，以便更多的研究人员对该数据集进行探索，共同推动免疫学研究领域的发展。

细胞“新类型”刷新固有认知

巨噬细胞既是身体中的“清洁队”，通过吞噬细胞残骸和废物来清除病原体和有害物质，也是免疫系统的“哨兵”，通过释放细胞因子等信号来告知其他免疫细胞有外来入侵物质，准备应战。同时，巨噬细胞还可以感知周围环境的变化，根据器官需求来维持身体稳态。

作为中枢神经系统中最主要的巨噬细胞，小胶质细胞在传统认知中只存在于脑和脊髓。但研究团队观察发现，在发育时期，有一类细胞形态、特征蛋白表达、转录组表达谱都与小胶质细胞非常相似的特殊细胞亚群，广泛分布在中枢神经系统之外的多个组织中（包括表皮、心脏和睾丸），团队将其命名为“类小胶质细胞”。

“类小胶质细胞的发现，将打破‘小胶质细胞仅存在于中枢神经系统’这一固有认知。”李汉杰说。

探究免疫细胞更多“技能点”

由于类小胶质细胞在表皮中最为富集，研究团队进一步研究了它们在表皮组织中的功能，发现类小胶质细胞主要集中在胚胎背部，与神经嵴细胞呈类似的分布模式。

经实验证明，在神经嵴细胞发育成黑色素细胞的过程中，表皮的类小胶质细胞起了调节控制的作用。

“有意思的是，我们还在多个组织中鉴定到了一群高表达促血管生成基因的巨噬细胞，在不同组织中都具有相似的基因表达谱，且均定位在胚胎器官的血管附近。”李汉杰说，体外实验也验证了这群细胞具有促进血管生成的能力，并将这群细胞命名为“促血管生成巨噬细胞”。

该类细胞与肿瘤中的促血管生成细胞有着高度相似的基因表达模式，这一发现可能为肿瘤的发生机制研究，及其潜在的治疗策略制定提供新思路。研究还扩展了巨噬细胞的“技能点”：它们不仅在体内有着吞噬异物、维持稳态等作用，在胚胎发育过程中还能影响人体神经嵴细胞分化，具有助力诱导血管生成等“推陈出新”的功能。

“这一工作为相关区域的疾病发生发展、免疫疗法的开发，以及发育生物学的深入研究提供有益的指导。”中国工程院院士、中国科学技术大学教授田志刚说。