<p class="ql-block">人类细胞图谱项目（Human Cell Atlas，简称HCA）综述</p>
<p class="ql-block">一、项目背景与目标</p> <p class="ql-block">人类细胞图谱（Human Cell Atlas，简称HCA）这一宏伟计划于2016年正式启动，犹如人类基因组计划的续章，旨在绘制出涵盖人体所有细胞类型的综合参考地图。这一地图将成为理解与维护人类健康、探索疾病诊断、监测及治疗的基石。HCA不仅为生物医学界提供了可靠且标准化的研究资源，更为未来人工智能在生物学领域的应用奠定了早期的“基准”。其目标是绘制从胚胎发育到成人衰老的全部细胞类型，即描绘人体约37.2万亿个细胞的宏伟图谱，为人类健康探索开辟新天地。</p>
<p class="ql-block">二、阶段性成果：人类细胞草图</p> <p class="ql-block">2024年11月，HCA联盟在《自然》及其一系列子刊中，以专题形式同时发布了40多篇同行评审论文，公布了首个HCA细胞草图的重要进展。这一草图详尽记录了约6200万个人类细胞的详细信息，涵盖了神经系统、肺、心脏、肠道以及免疫系统等18个生物网络。从传递大脑电信号的神经元，到参与肺部气体交换的肺泡上皮细胞；从心脏的心肌细胞，到承担肠道消化与吸收重任的肠上皮细胞；再到免疫系统中的白细胞，这些细胞的详细信息为我们揭示了人体内部世界的奥秘。</p>
<p class="ql-block">三、关键发现</p>
<p class="ql-block">在消化道细胞图谱方面，HCA成功绘制出从口腔到肛门的完整消化道细胞图谱，发现了一种此前未知的肠道细胞，推测其可能与炎症性肠病有关。同时，HCA首次高精度详细描绘了胎儿骨骼形成过程，发现参与胎儿骨骼构建的基因与诱发骨关节炎的基因高度重合，为相关疾病的研究提供了新的视角。</p>
<p class="ql-block">四、意义和影响</p>
<p class="ql-block">HCA的成果对疾病研究具有深远意义。它全方位助力剖析疾病的起源和发展机制，通过将健康细胞与病变细胞进行比对，发现细胞层面的细微差异，为研发特效药物提供关键线索。在疾病诊断方面，医生可以提前介入，在疾病萌芽状态通过检测细胞层面变化，精准识别潜在风险，实现个性化医疗。对于肿瘤治疗，HCA有望开发“细胞靶向疗法”，精准识别癌细胞标志物和信号通路，减少对正常细胞的损伤，攻克恶性肿瘤。在神经退行性疾病研究中，借助图谱对神经元细胞及其周边支持细胞的剖析，深入了解阿尔茨海默病、帕金森病等发病进程，开发创新药物。此外，HCA还助力再生医学发展，依据图谱精准识别具有再生潜能的细胞类型及其位置，通过激活或引导分化，实现受损组织器官的原位修复。</p>
<p class="ql-block">五、技术与方法</p>
<p class="ql-block">HCA的技术手段不断进步。单细胞测序技术从最初的转录组测序发展到全基因组、表观基因组和蛋白质组测序，从单一组学测序发展到多组学联合测序，从单个细胞测序发展到亚细胞测序，并且测序规模从几十个细胞扩展到数百万个细胞。多组学技术源于单组学方法，并在此基础上扩展了技术流程，包括细胞分离和收集（微流控、移液器吸取、流式细胞术等），以及复杂的标记策略（例如分裂池条形码）。空间转录组和空间多组学技术在过去25年中不断发展，具体描述了四类主要技术，并展示了其在发育生物学、神经科学、病理学和植物科学领域的应用历史。</p>
<p class="ql-block">六、未来展望</p>
<p class="ql-block">HCA计划现已进入数据整合阶段，HCA数据门户目前拥有从约9100名捐赠者收集的约6200万个细胞的数据。研究团队正在构建18个HCA生物网络图谱，包括神经系统、肺、心脏、肠道和免疫系统的细胞图谱。随着分子和空间分析方法以及人工智能和机器学习新算法的融合，细胞图谱的构建正在从数据收集发展到图谱整合，为未来的生物医学研究提供更强大的支持。</p>
<p class="ql-block">七、全球合作与贡献</p>
<p class="ql-block">HCA团队由来自100多个国家的3600多名研究人员组成，涉及来自大约1700个机构的科学家。这些研究人员记录和研究来自大约100个国家的参与者的数据。例如，华大作为人类细胞图谱计划的参与方之一，致力于围绕近年来新兴的单细胞测序技术，进行新一代单细胞组学技术与生信方法研发，绘制重要生命系统、健康和疾病人群的单细胞图谱，为全球生物医学研究贡献力量。</p>
<p class="ql-block">结论</p>
<p class="ql-block">人类细胞图谱项目（HCA）通过绘制人体细胞的详细图谱，为理解人类健康和疾病提供了新的视角和工具。其阶段性成果——人类细胞草图，已经展示了在疾病研究、诊断、治疗和再生医学等领域的巨大潜力。随着技术的不断进步和全球科学家的共同努力，HCA项目将继续推动生物医学研究的前沿发展，为人类健康带来更多的希望和突破。</p>