在豆瓣电影评分的Top15榜单上，只有两个电影是2010年之后上映的，且这两个都是来自于克里斯托弗·诺兰（Christopher Nolan），一个是《盗梦空间》，另一个是《星际穿越》。论烧脑程度的话，盗梦空间略胜一筹；而论视觉冲击的话，个人认为星际穿越则更强，尤其是男主角库珀在进入黑洞后于四维空间中和自己的女儿通过书架进行信息沟通，尽管我们知道这种四维空间是“假”的，但却是第一次在电影中看到这种更接近于我们通常所理解的四维的呈现。点动成线，线动呈面，面动成体，体加时间成为四维，每增加一个维度都会使我们了解更多的信息，就像库珀可以通过书架把信息告诉儿时以及长大的女儿一样。同样，单细胞组学的出现使我们了解了二维线（Bulk sequencing）上的点是不一样的，即细胞之间的异质性，使我们对组织内细胞的身份信息和状态的认知有了很大提升，也成功绘制了小鼠和人类部分组织或发育时期的细胞图谱。但我们的组织或器官是三维立体的，而单细胞组学却缺乏空间信息，尤其是各种微环境对细胞的命运、功能起到决定性影响时，单细胞组学并不能给我们带来这些相关信息。于是，各种空间组学技术应运而生（详见BioArt报道：专家点评Science新技术 | “百尺竿头，再测一步”：完整组织高精度原位转录本测序新技术），该技术弥补了单细胞测序所丢失的空间信息，带给我们的惊喜就像是库珀从四维空间给三维空间中的女儿留下信息一样，可以使我们从三维的高度去理解组织中每一个细胞的功能和命运。2021年Nature Methods更是将空间（转录）组学评为Methods of the year，可以说空间组学技术有望与单细胞测序媲美并引领下一代技术革新的年代或已开启。肝脏是我们身体内最大的实体器官，尽管目前已有研究揭示肝脏内肝实质细胞（hepatocyte）的空间组织结构，但是非实质细胞的情况却不清楚（注：肝脏由实质细胞和非实质细胞组成，其中前者约占70%，是肝脏发挥功能的主要细胞）。另外，由于这些细胞表达蛋白的复杂性，通过流式或者荧光显微镜来区分不同细胞也不是那么可靠。近日，比利时根特大学Charlotte L. Scott与Martin Guilliams团队在Cell上发表了文章Spatial proteogenomics reveals distinct and evolutionarily conserved hepatic macrophage niches，整合单细胞CITE-Seq、单核测序、空间转录组和空间蛋白质组技术绘制了健康/肥胖的小鼠/人肝脏中所有细胞的空间图谱，并揭示了不同物种中肝脏巨噬细胞微环境的保守性和区别性。为了选择最优的重现肝脏细胞的方法，研究人员选择了两种消化策略：体外消化+单细胞测序（ex vivo+scRNA-seq，13144个细胞）/体内消化+单细胞测序（in vivo+scRNA-Seq，24014个细胞），并与单核测序（8583个核，冰冻肝组织，snRNA-seq）进行了对比，明确了这两种消化方式并不会影响每个细胞中的基因数（基因/细胞），不出意料的是snRNA-seq的基因/细胞数要低于scRNA-seq，但是在对细胞群的分群中，scRNA-seq与snRNA-seq并无区别，因此研究者决定根据具体情况选择具体的方式。接下来，研究人员利用CITE-Seq（cellular indexing of transcriptomes and epitomes by sequencing）详细刻画了小鼠肝脏单细胞分辨率的mRNA与蛋白表达图谱（ex vivo+scRNA-seq/in vivo+scRNA-seq/snRNA-seq，下图左），并鉴定到了17个细胞群（下图右）。有意思的是，研究人员只鉴定出了一个枯否细胞群，而以往研究揭示肝脏枯否细胞有两个亚群。但是上述方法并没有空间信息，于是研究人员根据已有的肝实质细胞已有的分区标记物将肝细胞画出了4个分区（portal，periportal，mid和central）并利用Visium（一款空间转录组解决方案）补充了肝细胞的空间信息，鉴定了B细胞、T细胞、内皮细胞、基质细胞、树突状细胞等髓系细胞在肝脏中的位置，并利用免疫荧光进行了验证。同时，研究人员还鉴定出11个单核或巨噬细胞亚群，其中有3个亚群为最新鉴定出的。另外，有一群巨噬细胞叫做脂质相关巨噬细胞（lipid-associated macrophages，LAM，为Gpnmb+Spp1+）是最近报道的与脂肪肝相关的一群巨噬细胞，而这群的细胞的位置会在脂肪肝中改变。由于巨噬细胞与CD45阴性细胞紧密相关，研究人员进一步分析了CD45-细胞，发现不同的巨噬细胞亚群其所处的微环境也是不同的，而LAM在脂肪肝中发生位置改变也与其所处的微环境有关。。接下来，研究人员运用了同样的策略（没有in vivo+scRNA-seq）绘制了人肝细胞的空间图谱，揭示出枯否细胞来源的复杂性（一部分为胚胎来源，另一部分是单核细胞来源）。通过与猕猴、猪、仓鼠、鸡和斑马鱼的肝脏细胞对比，发现了不同物种中枯否细胞的转录组很大一部分是相同的，并且鉴定出不同物种中ALK1-BMP9/10通路在枯否细胞发育与维持中的重要性。总之，这一项研究“壕无人性”地为我们展示了小鼠和人肝脏的空间图谱，详细描述了肝脏中包括枯否细胞在内的巨噬细胞特征以及微环境，揭示了其在不同物种中的保守与差异，并发现了一条与枯否细胞发育和维持相关的保守性细胞通路。最后，我们也畅想一下，也许会像星际穿越里的那样，在将来的某一天，组学技术会发展到可以实时并且长时程地观察整个组织或器官内不同细胞在自己的“一生”中转录组等是如何发生改变的。https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.12.0181. Halpern, K.B., Shenhav, R., Matcovitch-Natan, O., Toth, B., Lemze, D., Golan, M., Massasa, E.E., Baydatch, S., Landen, S., Moor, A.E., et al. (2017). Singlecell spatial reconstruction reveals global division of labour in the mammalian liver. Nature 542, 352–356.【原创文章】BioArt原创文章，欢迎个人转发分享，未经允许禁止转载，所刊登的所有作品的著作权均为BioArt所拥有。BioArt保留所有法定权利，违者必究。
BioArt的主编 2022-03-02 0