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人體內的7兆個細胞都有什麽作用?

人體有37兆個細胞。我們很快就要知道它們都做些什麽了。

我們所做的一切,從運動到思考,從消化到睡覺,都依賴於各種不同的細胞:有盤狀的紅細胞,有纖長的神經細胞,有能伸縮的肌肉細胞……這些形態和分工不同的細胞結合在一起形成了我們的組織和器官,使我們成為複雜的有機體。

但是,迄今為止我們仍然不能列出身上所有類型的細胞,許多細胞到底做什麽的,對我們依然是個謎。

現在,“人類細胞圖譜計劃”準備對人身上的細胞來一次全面的普查:鑒別和定位我們所擁有的每一種類型的細胞。這個項目一旦完成,必將像已完成的“人類基因組計劃”一樣,讓我們對自己的身體有更徹底的了解,並為許多疾病的成因和治療方案提供新的思路。

給細胞分類和定位

了解細胞就是了解生命,如果你不知道哪些地方有哪些細胞,也不知道它們是如何工作的,你就不能說你真正懂生物學。

了解細胞,得從對它們的分類開始。150多年來,研究人員發明了各種對細胞分類的辦法:或根據它們的大小和形狀;或根據它們在體內的位置;或根據它們對染料的反應;以及最近,又根據它們製造的蛋白質。這些不同的分類辦法,有時又組合起來使用。每發明一種新的細胞分類法,細胞類型的數量就繼續增加。今天的教科書把人體37兆個細胞分成了300多種類型。

“人類細胞圖譜計劃”的第一個任務就是使用一種全新的、也更強有力的細胞分類法——根據細胞內所激活的基因來對細胞進行分類。

這是什麽意思呢?得好好解釋一下。

除了少數例外,我們身上的所有細胞,不論屬於什麽類型,都含有完全相同的一套遺傳密碼。我們的基因組裡有大約2萬個基因,但並不是每個基因都能在一個細胞中得到表達的。例如,我們長頭髮是由基因控制的,這個毛髮基因同時存在於包括肝細胞和毛囊細胞在內的所有細胞中。但顯然,它僅在毛囊細胞中得到表達,在肝細胞中,它沒得到表達。

所以,每個細胞都僅能控制部分基因獲得表達,細胞類型不同,所表達的基因也不同。而弄清楚一個細胞中哪些基因是活躍的,以及活躍程度如何,這就是“人類細胞圖譜計劃”的主要目標之一。為此,生物學家需要為每一個細胞創建一個基因表達譜,然後把細胞歸屬於不同類型。

目前,科學家已經發明了很先進的分析技術,可以一次性輸入數十萬個細胞,然後很快獲得它們各自分屬的細胞類型。一種稱為“樹突狀細胞”的免疫細胞,原先被認為是無差別的,但科學家通過這種分類手段卻立即發現了差別:根據基因表達譜的不同,樹突狀細胞至少可分成兩個細胞亞群。

給體內的細胞定位是“人類細胞圖譜計劃”的第二個任務。因為要真正了解我們的身體是如何工作的,我們需要能夠精確定位組織中的單個細胞。如果說“給細胞創建基因表達譜”類似於人口普查中調查一個人的受教育程度、就業狀況等信息,那麽“給細胞定位”類似於查一個人的戶籍或者居住地。

在過去五年裡,細胞定位技術也取得了巨大的進步。

“人類細胞圖譜計劃”小試牛刀

儘管“人類細胞圖譜計劃”還處於早期階段,但已經取得不少突破性的發現。

比如,威爾姆斯腫瘤是一種最常見的兒童腎癌,迄今通常是通過化療來治療的,但效果並不好。英國劍橋大學的科學家最近研究了腎細胞的基因表達譜,表明威爾姆斯腫瘤細胞類似於未完全發育成熟的細胞。基於這一發現,他們建議使用一種更好的替代治療:給威爾姆斯腫瘤細胞提供機會繼續“發育”,促使它們變成無害的成熟腎細胞。這可能發明出一種治療兒童癌症的全新方式。

也許最令人驚訝的是,2018年8月份,兩個研究小組在肺泡內膜發現了一種前所未知的細胞類型,它們很可能是囊性纖維化的真正病因。囊性纖維化是北歐人最常見的單基因缺陷導致的疾病,這種病會導致粘液在肺部積聚,反覆感染和早夭。當身體不能製造足夠多的一種叫做CFTR的蛋白質時,就會得這種病。

30年來,我們一直認為CFTR蛋白是由肺部的纖毛細胞製造的。然而新的研究顯示,大部分CFTR蛋白其實是由新發現的一種細胞製造的。俗話說“對症下藥”,找到了真正的病根,將給囊性纖維化患者帶來福音。

上述這些疑難雜症曾一直困擾著人類,如今隨著“人類細胞圖譜計劃”的推進,已經可以看到治療的曙光。但是,“人類細胞圖譜計劃”遠遠不止用於解決個別疑難雜症,就像“世界地圖集”不單單為某次航海提供服務,而是成為整個航海的基礎,“人類細胞圖譜計劃”也必將成為探索所有人體生物學的基礎。

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