单细胞，“多组学”分析揭示了免疫细胞形成的新阶段

近年来，分析技术的进步使科学家能够在一个全新的细节水平上深入了解细胞生物学:单细胞水平。这种方法认识到，细胞——即使是那些作为同一组织的一部分接近的细胞——在本质上是异质的。

我们免疫系统的细胞特别有趣。尽管来源于血液干细胞，但每种类型的免疫细胞都有特定的、单独的功能。这些不同类型的免疫细胞是如何发育的?

一个研究小组，由Shalin Naik博士——从沃尔特和伊莉莎·霍尔研究所采用单细胞、多组学方法来探索这一问题，特别关注T和B淋巴细胞的形成。

他们的研究结果最近发表在自然免疫学，概述他们的发现新淋巴细胞发育阶段，研究人员称这些信息可以“丰富未来对免疫系统的研究”。

188金宝搏备用我们与Naik进行了交谈，以了解更多关于研究结果的信息，以及为什么单细胞、多组学方法来研究免疫系统有助于我们捕捉“全图”。

莫莉·坎贝尔(MC):对于不熟悉这个概念的读者，您能告诉我们多组学单细胞分析方法的原理吗?

沙林·奈克(SN):细胞是我们所有组织的基本组成部分。分析器官中的每个细胞就像了解足球比赛中球员的数据，而不仅仅是球队的比分。科学家们测量了细胞生物学的许多不同方面——它们的蛋白质、DNA、开关的基因等等。我们能测量的细胞特征越多，我们能分辨的图像就越好。通过这种方式，我们可以更接近每个细胞的真实性质，它的功能以及它与我们的生物学有什么关系。“多组学”是一种方法，可以获得每个细胞尽可能多的信息，以获得尽可能全面的图像。

MC:这项研究背后的基本原理是什么，特别是决定在免疫学的背景下进行单细胞分析?

SN:我们的实验室使用新的尖端单细胞技术研究免疫系统。我们之前发现，免疫系统的干细胞和祖细胞在它们所能制造的细胞类型上非常不同。然而，我们相信有很多“隐藏”类型的干细胞和祖细胞，以前没有人有办法揭开它们的面纱。如果我们能够了解免疫细胞类型的多样性，以及它们是如何产生的，那么我们就可以利用这些信息来产生用于癌症和免疫的免疫细胞，而且还可以抑制免疫细胞谱系中的癌症，即白血病。

MC:你能谈谈实现多组学分析的方法吗?

SN:我们开发的方法被称为单细胞rna测序(scRNA-seq)，用于了解单个细胞中的基因表达。这在以前是不可能的，因为我们习惯于对数百万个细胞和数十亿个分子进行rna测序，以获得足够的信号。对于大量的细胞来说，要实现每个细胞只有2万个分子的信号是一个巨大的挑战。然而，我们开创了一种方法，首先用流式细胞仪分析细胞的蛋白质(蛋白质组)，然后再分析这些细胞的RNA分子(转录组)。这项技术的小型化使我们能够为免疫细胞系的干细胞和祖细胞捕获这两个“组”(即多组学)。

Karen Steward (KS):是什么让你意识到这种意想不到的祖细胞类型的存在?

SN:我们之前使用干细胞条形码和跟踪技术发现，干细胞和祖细胞在它们制造的免疫细胞中是高度异质的，但我们不知道它们是如何做到这一点的。我们需要解开这个群体中每个细胞的差异，以获得一些线索。这给我们带来了开发多组学scRNA-seq技术的任务，以找到答案的核心……我们找到了!

司仪:你已经建立了单细胞开放研究计划(SCORE)．你能告诉我们更多的情况吗?

SN:在亲眼目睹了scRNA-seq的强大功能后，我们知道这是一项将快速发展并对许多研究人员有用的技术。我们相信，创建一个涵盖生物学、分子生物学和生物信息学分析的综合团队，可以灵活地采用该领域的新发展，这样研究人员就可以专注于他们最擅长的领域……生物学和临床问题!

MC:单细胞分析面临哪些挑战?您是如何在这项研究中克服这些挑战的?

SN:在scRNA-seq分析所面临的许许多多的挑战中，人们仅仅针对其中的一个小方面就写出了完整的博士论文。有所以你可以通过多种方式查看数据，因此，为了找到数据而进行的分析在数量和类型上都出现了爆炸式增长。最重要的挑战是，与数百万个细胞的RNA-seq数据不同，来自单个细胞的数据非常稀疏——这意味着基因计数中有很多0——这有点像看一张模糊的图片，而不是一张高分辨率的图片。然而，仍然有很多方法可以从这些数据中提取一些信息，方法是捕获足够多的细胞，然后使用一些智能方法将信号从噪声中分离出来。

KS:这个关于T细胞和B细胞发育的新信息对靶向免疫系统功能障碍有什么用处?

SN:通过了解T细胞和B细胞的正常来源，就像我们在这项研究中所做的那样，我们希望利用这些信息来思考我们如何能够提高这些细胞类型的数量;无论是接种疫苗，增强老化的免疫系统，还是设计抗癌免疫疗法。一些白血病本质上是“淋巴细胞”，这意味着它们与制造T细胞和B细胞的祖细胞具有相同的起源。我们发现了淋巴细胞发育的最早阶段，我们认为这可能是此类癌症的来源。通过了解我们新发现的人群的机制，我们可能会找到这种白血病起源的线索。

沙林·奈克博士接受了科技网络科学作家莫莉·坎贝尔和凯伦·斯图尔德博士的采访。188金宝搏备用