一個普通人和一個億萬富翁站在一起，平均之下便會成了兩個千萬富翁。然而，這份“平均”所得的結(jié)果，卻完全無法反映真實的情況。我們體內(nèi)的細(xì)胞亦是如此。每個人都由數(shù)十萬億的細(xì)胞組成，從宏觀上所觀察到或檢測出的細(xì)胞群體的狀態(tài)，也許并不能反映出其真實的情況。
近年來，隨著測序技術(shù)的發(fā)展，細(xì)胞測序領(lǐng)域的研究與應(yīng)用層出不窮擴張迅速。但現(xiàn)在被大規(guī)模應(yīng)用的測序，仍然以細(xì)胞混合體為材料，檢出的也是一群細(xì)胞的平均值或是其中占優(yōu)勢數(shù)量的信息。然而這樣的檢測手段突出了細(xì)胞的同質(zhì)性，卻忽略了其異質(zhì)性，即忽略了細(xì)胞間的差異對于控制基因表達、細(xì)胞行為的影響。舉個例子，傳統(tǒng)高通量測序方法在罕見循環(huán)腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組分析、人胚胎發(fā)生最早期的分化特征研究、腫瘤的非均質(zhì)性以及未進化研究等領(lǐng)域就難以應(yīng)用。于是，在這樣的背景下，單細(xì)胞組學(xué)的概念應(yīng)運而生。
單細(xì)胞組學(xué)研究比常規(guī)的細(xì)胞群體研究可以揭示更多細(xì)胞類型和亞群的多樣性。盡管在技術(shù)方面，比如單個細(xì)胞的分離以及單細(xì)胞基因組和轉(zhuǎn)錄的擴增，有著相當(dāng)?shù)碾y度，但其價值依然讓它收到了矚目關(guān)注。2013年，《科學(xué)》雜志將單細(xì)胞測序列為年度最值得關(guān)注的六大領(lǐng)域榜首;《自然方法》雜志將單細(xì)胞測序的應(yīng)用列為2013年年度最重要的方法學(xué)進展。單細(xì)胞測序正在推動微生物、發(fā)育生物學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、免疫、癌癥等領(lǐng)域的發(fā)展。
此外，2017年，眾多科學(xué)家齊聚倫敦，人類細(xì)胞圖譜計劃(Human Cell Atlas，HCA)宣告啟航。HCA 旨在描述人體中每個細(xì)胞(包括細(xì)胞類型、數(shù)量、定位、關(guān)系和分子組成)，作為促進生物醫(yī)學(xué)科學(xué)發(fā)展的參考地圖，HCA將提供不同類型細(xì)胞組成人體組織的3D圖譜、所有人體系統(tǒng)的連系方式，以及圖譜變化與健康和疾病的關(guān)系。由此可見，已經(jīng)有很多科學(xué)工作者將目光投向了單細(xì)胞組及單細(xì)胞測序領(lǐng)域，而當(dāng)下，這項技術(shù)已經(jīng)在多個方面展露出了不凡的應(yīng)用前景。
腫瘤
研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤是在細(xì)胞水平的惡性克隆，同時，惡性腫瘤細(xì)胞通過對自身的不斷“改良”以適應(yīng)宿主各種環(huán)境。從進化上來說，能夠引發(fā)惡性腫瘤的細(xì)胞，即所謂“成功”的腫瘤細(xì)胞，其具備將遺傳模板傳遞給下一代腫瘤細(xì)胞的能力，而能夠引致遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的惡性腫瘤細(xì)胞，其自身必定帶有其他腫瘤細(xì)胞亞群所不具備的信息。因此，在單克隆水平分析這些腫瘤克隆的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移等，有可能揭示惡性腫瘤產(chǎn)生的具體機制。
血液病
2017 年，第 59 屆美國血液學(xué)會(ASH)年會報道了多項與血液系統(tǒng)疾病相關(guān)的單細(xì)胞測序研究結(jié)果，包括造血干細(xì)胞(HSC)、急性白血病(AL)、成熟淋巴瘤和骨髓纖維化(MF)等的基礎(chǔ)與臨床研究，主要涉及基因組學(xué)、甲基化組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)等研究領(lǐng)域。這里舉一個例子。急性髓系白血病(AML)分類復(fù)雜，標(biāo)準(zhǔn)化療雖然能夠誘導(dǎo)患者獲得完全緩解，但易復(fù)發(fā)，死亡率較高。其根源就在于白血病干細(xì)胞(LSC)的殘留。利用單細(xì)胞 RNA 測序技術(shù)識別 LSC 中處于自我更新的細(xì)胞亞群，可確定了 LSC 的自我更新基因表達譜，并在體內(nèi)驗證了該表達譜的功能。該表達譜的檢測有助于患者的預(yù)后判定。
單細(xì)胞水平的微生物研究
微生物的研究面臨著與人類細(xì)胞不同的難題。舉個簡單的例子，許多微生物、古細(xì)菌無法培養(yǎng)，特別是一些病原微生物，能夠進入一種被稱為“活的但不可培養(yǎng)”的狀態(tài)。單細(xì)胞尺度微生物學(xué)的相關(guān)研究方法由于可以直接以單一細(xì)胞為起始材料，在避免了細(xì)胞培養(yǎng)過程的同時，可以從自然界直接獲取細(xì)胞，并對其“原位”狀態(tài)進行分析、獲知微生物在自然界中最為原始的狀態(tài)，無疑為解決上述問題提供了有效的工具。
除了以上幾個領(lǐng)域，單細(xì)胞組學(xué)及其測序還有更多的應(yīng)用正在發(fā)掘中。2018年單細(xì)胞組學(xué)技術(shù)與應(yīng)用研討會將于9月15日在南京召開。在未來，當(dāng)人們對健康的要求更加細(xì)化，當(dāng)更多單細(xì)胞層面的差異被一一發(fā)掘，相信單細(xì)胞組學(xué)領(lǐng)域的研究將會迎來更燦爛的爭鳴。
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