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如今，單細胞技術已經改變了我們對人類機體組織的理解，然而，研究通常只會捕獲有限的供體，并在細胞類型的定義上存在一定的分歧，整合多種單細胞數據集就能解決單一研究的這些局限性，同時也能捕獲群體中存在的變異性。近日，一篇發表在國際雜志Nature Medicine上題為“An integrated cell atlas of the lung in health and disease”的研究報告中，來自德國亥姆霍茲慕尼黑中心等機構的科學家們通過研究繪制出了最大且最全面的人類肺部組織的細胞圖譜，揭示肺部細胞類型的巨大多樣性以及健康和疾病之間的關鍵差異或能作為肺臟研究人員的寶貴資源。

通過結合近40項研究的數據，研究人員開發出了首個肺部綜合性單細胞圖譜，并揭示了罕見的細胞類型并強調了健康人群之間的細胞差異；此外，研究者還發現了肺部纖維化、癌癥和COVID-19之間的共同細胞狀態，并有望幫助理解人類肺部疾病的成因，有望識別出新型的療法靶點。這項研究是全球人類細胞圖譜計劃（Human Cell Atlas）的一部分，該計劃旨在繪制出人類機體中的每個細胞類型，從而改變我們對人類健康、感染和疾病的理解。

肺部組織研究能從最近的單細胞研究中獲益，這些研究揭示了每個細胞中處于活躍狀態的基因，盡管如此，這些研究也受到了樣本和個體數量的限制；因此，為了更好地理解健康的肺部組織并確定在疾病發生時到底出了什么問題，科學家們就需要一張全面的圖譜，然而，這一點長期以來一直難以實現。這項研究中，研究人員利用先進的機器學習技術成功地將49個肺部數據集整合成為了一個單一的綜合圖譜集，通過匯集并整合迄今為止發表的所有主要的單細胞RNA測序肺部研究的數據集，研究人員創建了首個綜合的人類肺部細胞圖譜集，該圖譜集涵蓋了來自486名個體機體中超過240萬個細胞，同時還提供了對此前不可能實現的肺部生物學特性的理解。

研究者Malte Luecken博士表示，一個全面的器官圖譜需要多個數據集來捕獲細胞和個體之間的多樣性，但結合不同的數據集對于科學家們而言往往是一項巨大的挑戰；研究人員開發了一種基準的標記管線，來利用人工智能技術尋找能將所有數據集整合成為一張圖譜集的最佳方法，并成功將此前近40項肺部研究的知識和數據結合起來。如今研究人員創建了首個人類肺部組織的參考圖譜，其中包括來自一百多個健康個體的數據，并揭示了個體機體的細胞如何隨著年齡、性別和吸煙史發生改變，所涉及的細胞和個體的數量之多或許就能幫助研究人員看到罕見的細胞類型，并識別出此前并未描述過的新的細胞狀態。

盡管人類肺部細胞圖譜的核心是來自健康肺部組織的數據，但研究人員還從10多個不同的肺部疾病中提取到了相應的數據集，且能將這些數據投射到健康數據上從而理解機體的疾病狀態。研究者發現，不同的肺部疾病有著共同的免疫細胞狀態，包括他們發現，巨噬細胞的一個亞群在肺部纖維化、癌癥和COVID-19中有類似的基因活性，這些共同的狀態就表明，這些細胞或許在所有三種疾病的肺部疤痕形成過程中扮演著類似的角色，這或許就為尋找潛在的治療性靶點提供了新的方針。

研究人員認為，這是他們首次以一種綜合性的方式來比較健康和疾病的肺部組織，本文研究不僅支持了COVID-19中肺部纖維化的存在，還能促使研究人員識別并定義肺部纖維化、COVID-19和肺癌患者之間所共享的細胞狀態，找到這些共享的疾病相關細胞確實讓研究人員激動，其揭示了科學家們看待肺部疾病的一種完全不同的方法，或能為尋找新的療法靶點并開發療法反應生物標志物提供一定的可能性，相關研究結果還表明，針對一種疾病有效的療法或許還能幫助緩解其它人類疾病。

文章第一作者Lisa Sikkema表示，創建綜合肺部細胞圖譜的一個大問題就是細胞類型的注釋，不同的研究小組對相同的細胞類型會使用不同的名稱，或對不同的細胞類型使用使用相同的名稱，因此，作為一個研究團隊，我們正在努力使用圖譜中的數據來對其標準化，該圖譜的繪制就是邁向人類肺部共識注釋的的第一步，這或將加速肺部疾病的研究。作為人類細胞圖譜研究計劃中第一個綜合性的主要器官，人類肺部細胞圖譜計劃將會向全球的研究人員公開數據，并作為研究健康和疾病肺部的核心資源。

最后研究者指出，人類肺部細胞圖譜是科學界和醫學界的一個巨大資源，其供研究人員公開使用，新的疾病數據也能投射到該研究計劃上，并能改變科學家們對肺部生物學和疾病的研究，作為首個主要器官的整體參考圖譜，該計劃也是實現完整的人類細胞圖譜繪制的一個里程碑，這或將改變科學家們對肺部組織生物學和疾病發病機制的理解，也為人類的醫療健康奠定一定的基礎。綜上，本文研究結果表明，人類肺部細胞圖譜計劃或許能作為人類細胞圖譜內開發和使用大規模、跨數據集的器官圖譜的一個典型案例。