40多篇Nature及其子刊文章：人类细胞图谱实现了对人体认识的飞跃

​全球人类细胞图谱（HCA）联盟的研究人员11月20日在《自然》和其他《自然》组合期刊上发表了40多篇同行评议论文，报告了他们在更好地了解人体细胞在健康和疾病中的作用方面取得的重大进展。该合集重点介绍了HCA的许多大规模数据集、人工智能算法和生物医学发现，这些发现已经改变了我们对人体的理解。研究包括揭示胎盘和骨骼的形成方式、大脑成熟过程中的变化、新的肠道和血管细胞状态、肺部对COVID-19的反应、研究遗传变异如何影响疾病等等。

文集中的论文来自世界各地的研究人员。它们提供了基本的工具和例子，说明如何大规模地构建细胞图谱。总之，这些研究为HCA捕捉人类多样性的所有方面（包括基因、地理、年龄和性别）的大胆努力提供了一个原则性的证明。

HCA正在开发和使用单细胞和空间基因组学的实验和计算方法，创建所有人类细胞（生命的基本单位）的综合参考图，作为了解人类健康和诊断、监测和治疗疾病的基础。迄今为止，来自100多个国家的3600多名HCA成员共同努力，对来自1万多人的1亿个细胞进行了分析。研究人员目前正在努力组装人类细胞图谱的初稿，最终将包括所有器官和组织中多达数十亿的细胞。

《自然》杂志上的研究作品集展示了HCA使命在三个方面的重大进展：绘制个体成人组织或器官；绘制发育中的人体组织；开发突破性的新分析方法，包括基于人工智能/机器学习的方法。参与研究的研究人员是HCA 18个生物网络的成员，每个网络都专注于一个特定的器官、组织或系统。

剑桥干细胞研究所的人类细胞图谱联合主席Sarah Teichmann教授说：“人类细胞图谱是一项全球性的倡议，它已经改变了我们对人类健康的理解。通过创建健康人体的综合参考地图——一种细胞生物学的“谷歌地图”——它为检测和理解健康和疾病背后的变化建立了一个基准。这种对组织内特定基因、机制和细胞类型的新认识为更精确的诊断、创新的药物发现和先进的再生医学方法奠定了基础。”

目前就职于基因泰克的HCA创始联合主席Aviv Regev博士说：“这对HCA社区来说是一个关键时刻，因为我们正朝着实现人类细胞图谱的初稿迈进。”本研究集展示了自2017年《HCA白皮书》发表以来从生物学到人工智能取得的重大进展，现在这些进展提供了许多生物学和临床见解。这种大规模的、社区驱动的、具有全球代表性的、经过严格策划的图谱将不断发展，并保持对所有人开放，以促进我们对人体健康和疾病治疗的理解。”

该合集中的几项研究提供了对特定组织和器官的详细分析，并揭示了对理解疾病很重要的新的生物学发现。例如，来自健康和病变组织的人类肠道细胞图谱确定了一种可能与肠道炎症有关的肠道细胞类型[Oliver等]，为调查和最终治疗溃疡性结肠炎和克罗恩病等疾病提供了宝贵的资源。

新的论文集还包括人体组织在发育过程中的新地图。其中包括第一张人类骨骼发育图，揭示了骨骼是如何形成的，揭示了关节炎的起源，并确定了与骨骼状况有关的细胞。另一项研究描述了妊娠早期胎盘的多基因组图谱，包括对控制胎盘发育和功能提供营养和保护胚胎的遗传程序的见解。这些和其他发育生物学研究增加了我们在时间和空间上对健康发展的基本理解，并为创造治疗方法提供了蓝图和资源，因为许多疾病都起源于人类的发展。

伴随的一篇文章强调了从历史上代表性不足的人群中纳入样本的重要性，并描述了旨在促进公平科学的行动和原则。

John C Martin肝脏研究与创新中心的Partha Majumder教授是HCA组织委员会成员和HCA公平工作组联合主席，他说：“HCA的一个关键优先事项是确保代表广泛的人类多样性；基因、文化和地理。亚洲免疫多样性图谱等HCA研究以及对马拉维COVID-19样本的独特组织病理学差异的分析显示了大规模国际科学合作的巨大力量。”

另一篇文章阐述了HCA在制定基因组科学广泛问题的新伦理指南方面的作用，并将这些建议提供给全世界的科学家。就像人工智能彻底改变了人类快速处理文本的能力一样，它现在也在帮助科学家在细胞水平及更高水平上对生物学有更深入、更全面的了解。该集合引入了新的人工智能方法，以更好地理解和分类细胞类型，并在这个巨大的地图中搜索细胞。例如，相似性使研究人员能够比较单细胞数据集，以识别不同组织和环境中的相似细胞类型，类似于“反向图像搜索”如何搜索照片。其他研究团队解决了长期存在的挑战，例如根据细胞的属性将细胞分类为等级组，称为细胞注释。

世界卫生组织首席科学家Partha Majumder博士说：“国际人类细胞图谱组织收集的这些具有里程碑意义的论文强调了绘制每一种人类细胞以及它们随着我们的成长和衰老如何变化的巨大进步。从这些发现中产生的见解已经重塑了我们对健康和疾病的理解，为将影响全世界生活的变革性健康益处铺平了道路。”