科学家如何成功绘制出有望改善多种人类疾病研究的图谱！

本文中，小编整理了多篇重要研究成果，共同解读科学家们如何成功绘制出有望改善多种人类疾病研究的图谱！分享给大家！

图片来源：Eviatar Yemini

【1】Cell：重磅！科学家开发出新型着色技术成功绘制出了大脑的多色图谱！

doi：10.1016/j.cell.2020.12.012

人类的大脑中包含了大约860亿个神经元细胞，其由大约100万亿个突触连接编织在一起；每个细胞都发挥着关键作用，其能帮助我们运动肌肉、处理环境信息并形成大脑记忆等。考虑到大量的神经元及其连接，目前研究人员并不清楚神经元是如何协同工作从而产生大脑思想或行为的。

日前，一篇刊登在国际杂志Cell上的研究报告中，来自哥伦比亚大学等机构的科学家们通过研究开发了一种名为NeuroPAL的着色技术来识别线虫大脑中的每一个神经元；NeuroPAL，即神经元多色标记图谱（a Neuronal Polychromatic Atlas of Landmarks），其能帮助研究人员在秀丽隐杆线虫中进行相关研究。该着色技术能利用一种遗传方法给神经元细胞涂上颜色，其能帮助科学家们识别出动物神经系统中的每个神经元，同时还能记录处于活动状态的整个神经系统。

【2】Nature：重磅！科学家成功绘制出人类癌细胞系的转移图谱！

doi：10.1038/s41586-020-2969-2

近日，一篇发表在国际杂志Nature上题为“A metastasis map of human cancer cell lines”的研究报告中，来自美国Broad研究所等机构的科学家们通过研究成功绘制出了人类癌细胞系的转移图谱，相关研究结果或有望帮助阐明癌症的转移机制并开发出有效预防癌症转移及癌症治疗的新型疗法。

癌症所引起的大部分死亡都能通过癌症转移来进行解释，然而而由于体内模型的复杂特性，大规模的癌症转移研究一直都不切实际。这项研究中，研究人员引入了一种体内条形码策略，其能够大规模地确定小鼠异种移植物中人类癌细胞系的转移潜能，文章中，研究人员证实了这种新方法的稳定性、可扩展性和可重复性，并将该方法应用于来自21种不同类型实体瘤的500个细胞系中。

【3】Cell论文详解！首个激酶组图谱为开发靶向癌症相关激酶的降解剂奠定基础

doi：10.1016/j.cell.2020.10.038

对于希望利用一种强大的新技术来降解称为激酶的细胞酶的科学家们来说，选择可能有点令人难以作出。约有514种不同的蛋白激酶在人体细胞中工作，占整个人类基因组的2.5%。了解其中的哪些蛋白激酶可以被降解，以及哪些药物分子可以最好地执行这种降解，可能会加快开发靶向攻击癌症和其他疾病中的激酶的治疗方法。

在一项新的研究中，来自美国达纳-法伯癌症研究所的研究人员为大约200种这样的激酶提供了指南：他们为在这个领域从事研究工作的科学家们提供首个综合激酶组（kinome）图谱，预计这将对癌症治疗产生重大影响。该图谱将帮助人们设计靶向特定激酶以便使之随后遭受破坏的分子。此类分子可以作为开发比当今许多癌症靶向疗法更有效的药物的模板。相关研究结果发表在Cell期刊上。

【4】Nature子刊：何川团队新成果！成功绘制出关键5hmC生物标志物的全基因组图谱 有望改善人类癌症的诊断

doi：10.1038/s41467-020-20001-w

近日，一篇发表在国际杂志Nature Communications上的研究报告中，来自芝加哥大学等机构的科学家们通过研究绘制出了一张涵盖多种人类组织类型的全基因组5-羟甲基胞嘧啶（5hmC）图谱，该图谱揭示了5hmC作为能检测多种严重人类疾病（比如癌症和多种慢性疾病）的通用型生物标志物的强大性能。与基因抑制标志物5mC不同的是，5hmC是一种特殊的基因激活标志物，其代表了参与胚胎发生调节、神经过程和致癌过程的最普遍流行的途径之一，这种新型图谱的绘制或有望帮助科学家们理解诱发多种疾病的多种生物学驱动因子，这对于开发新一代诊断检测试剂非常重要。

研究者Chuan He教授说道，此前研究表明，5hmC或能作为一种优秀的生物标志物进行包括癌症在内的多种人类疾病的诊断和预后评估，但缺少全身组织的图谱或会限制我们对这一标记及其潜在的组织特异性的全面了解。通过联合研究，这项研究扩展了我们对全局生物标志物的理解，同时这也是研究人员所报道的最广泛的关于5hmC修饰的人体组织图谱，新型图谱的绘制证实了5hmC或能作为基因体和增强子的普遍基因激活标志物，其具有非常好的组织和细胞类型特异性，对于未来改善人类癌症的早期诊断和人类慢性疾病的监测或许至关重要。

【5】Nature：科学家成功绘制出肠道微生物组的空间复杂图谱 有望帮助改善人类健康研究

doi：10.1038/s41586-020-2983-4

人类机体肠道中有哪些微生物？这些微生物具体都在哪里？近日，一篇刊登在国际杂志Nature上的研究报告中，来自康奈尔大学等机构的科学家们通过研究开发了一种成像工具来绘制出成百上千种不同微生物菌群所在位置及其身份的复杂空间图谱，比如组成肠道微生物组的微生物菌群等，这种新型工具未来或将帮助科学家们理解复杂微生物群落之间及与其所处环境之间的相互作用。

研究者Iwijn De Vlaminck表示，我们机体中生活着多种微生物群落，其在机体健康和生物学特性中国扮演着非常关键的作用，这些微生物拥有丰富的多样性，我们也能通过诸如DNA测序等技术了解到这一点，这些技术能帮助创建一个微生物群落中所存在的多种细菌物种的列表；然而目前研究人员仅拥有有限的工具来理解不同微生物之间的空间相互作用，而拥有强大的工具对于理解微生物菌群的代谢特性以及其与宿主之间的相互作用或许非常重要。

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【6】Nature：构建出人类肺部的细胞图谱，为理解和治愈肺部疾病奠定基础

doi：10.1038/s41586-020-2922-4

在一项新的研究中，来自美国斯坦福大学的研究人员构建出人类肺部的细胞图谱，该细胞图谱突出了构成肺部不同部分的几十种细胞类型。相关研究结果于2020年11月18日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“A molecular cell atlas of the human lung from single-cell RNA sequencing”。在这篇论文中，他们描述了他们的研究工作（主要涉及单细胞RNA测序）以及他们在研究工作中了解到的一些关于肺部的事情。

为了构建肺部细胞图谱，这些研究人员从肺部的细支气管、支气管和肺泡区域收集了组织样本，以及相关的血液样本。每一个样本都被分解成其细胞成分，然后按类型进行分类：免疫细胞、上皮细胞、内皮细胞或基质细胞。这些研究人员为大约75000个细胞生成了转录组。通过使用标志物，他们随后对这些细胞进行了聚类分析，揭示了58个不同的细胞群体。在这样做的过程中，他们能够生成91%的肺部细胞类型的表达谱，而且还发现了14种以前不为科学所知的肺部细胞类型。他们还发现了大约200种标志物，可以用来识别他们发现的未知肺部细胞类型。

【7】Nat Immunol：科学家绘制出了首张能揭示免疫细胞抵御并“记住”机体感染的完整图谱

doi：10.1038/s41590-020-0800-8

如今研究人员绘制出了小鼠在整个感染过程中机体免疫细胞中成千上万个基因的活性图谱，日前，一篇发表在国际杂志Nature Immunology上的研究报告中，来自墨尔本大学等机构的科学家们通过研究首次绘制出了免疫细胞学习抵御微生物感染及随后保存对未来感染记忆力的完整动态图谱，相关研究结果有望帮助科学家们深入研究特殊类型的免疫细胞来开发治疗一系列疾病的新型疫苗和疗法，比如CD4+ T细胞，其对于机体产生免疫力至关重要。

文章中，研究人员在小鼠感染诱发疟疾的寄生虫的实验中研究了CD4+ T细胞，这些寄生虫会入侵并在红细胞中增殖，在机器学习技术的帮助下，研究人员结合并分析了小鼠感染四周的基因活性数据，生成了CD4+ T细胞发育历程的全面图谱。研究者Ashraful Haque表示，我们通过追踪成千上万个基因生成了一张从最初感染阶段到细胞决定对抗感染的多种免疫角色，再到保存此前遭遇病原体记忆的完整图谱，该图谱能够揭示存在于T滤泡辅助细胞（一种CD4+ T细胞）中一些非常活跃的新型基因，这对于制造保护机体抵御疟疾但尚未得到充分研究的抗体至关重要。

【8】Cell：构建出RGS蛋白调节G蛋白信号的全面图谱，有助解释为何人们对同一种药物作出不同反应

doi：10.1016/j.cell.2020.08.052

在一项新的研究中，来自美国斯克里普斯研究所的研究人员全面绘制了细胞内的一类关键蛋白如何调节从细胞表面受体传入的信号。此外，他们揭示了人们通常在这类蛋白中存在的变异导致他们的细胞在相同的细胞受体受到刺激时做出不同的反应，这为为什么不同人对相同的药物作出的反应存在有很大的不同提供了一个合理的解释。相关研究结果于2020年10月1日在线发表在Cell期刊上。

这些研究结果为更好地理解这类称为G蛋白信号调节蛋白（regulator of G protein signaling protein， RGS蛋白）的蛋白在健康和疾病中扮演的复杂角色奠定了基础。这反过来可能会导致人们开发治疗一系列疾病的新方法。研究者Kirill Martemyanov教授说，“在进行修复之前，你需要知道它们是如何受到破坏的以及它们是如何正常发挥作用的，在这项研究中，这就是我们为这些重要的调节蛋白所做的。”

【9】Nature论文深度解读！有史以来最详细地构建出人类心脏的细胞和分子图谱，有助开发个性化的心脏病治疗方法

doi：10.1038/s41586-020-2797-4

在一项新的研究中，来自美国哈佛医学院、布莱根妇女医院、英国韦尔科姆基金会桑格研究所、伦敦帝国理工学院和德国马克斯-德尔布吕克分子医学中心等研究机构的研究人员构建出健康的人类心脏的详细细胞和分子图谱，以了解这一重要器官如何发挥功能并阐明心血管疾病的问题所在。相关研究结果在线发表在Nature期刊上。

这些作者分析了近50万个细胞，建立了迄今为止最全面的人类心脏细胞图谱。该图谱显示了细胞的巨大多样性，并揭示了心肌细胞类型、心脏保护性免疫细胞和错综复杂的血管网络。它还预测了这些细胞如何进行交流以保持心脏正常工作。这项研究是“人类细胞图谱（Human Cell Atlas）”计划的一部分，该计划旨在绘制人体的每一种细胞类型。新的有关心脏的分子和细胞知识有望让人们更好地了解心脏疾病，并指导开发高度个性化的治疗方法。这些作者表示，这项研究也为在未来开发出基于再生医学的疗法奠定了基础。

【10】Cell：重磅！中国科学家成功绘制出人类肺腺癌的全面蛋白质组图谱！

doi：10.1016/j.cell.2020.05.043

近日，一篇刊登在国际杂志Cell上的研究报告中，来自中科院上海药物研究所等机构的科学家们通过研究对103名中国肺腺癌（LUAD，lung adenocarcinoma）患者进行了全面的蛋白质组学分析，肺腺癌是全球所有癌症中引发患者死亡的主要原因。

文章中，研究者揭示了与肺腺癌相关的分子特征，以及这些分子特征与患者临床预后、潜在预后生物标志物和药物靶点之间的关联；尽管近些年来科学家们在肺腺癌基因组学研究中取得了很大的进展，但大量的患者依然缺少靶向性的治疗手段，由于蛋白质是生物活性的“直接执行者”，对肺腺癌进行全面蛋白质组学研究或许就能填补基因组异常和致癌蛋白质功能之间的空白。（生物谷Bioon.com）

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