一种新型细胞的发现可能会从根本上改变囊性纤维化研究人员寻求治疗这种通常致命的遗传性疾病的方式。周三发表在
《自然》杂志上的一篇论文描述了一个正在进行的细胞图谱项目如何帮助科学家识别出这种罕见的细胞类型，它似乎在管理补水和 pH 值平衡方面发挥着关键作用——这对囊性纤维化患者来说是巨大的问题。同一杂志上的第二篇论文也提供了类似的发现。
科学家们早就知道，囊性纤维化患者的黏液蛋白不能正常形成，这些结构上的不规则会导致盐水失衡和脱水。这会导致肺部积聚浓稠的黏液，从而引发呼吸问题和可能危及生命的感染。但直到现在，研究人员一直认为另一种细胞与该疾病有关，并且他们缺乏技术能力来分辨哪些细胞携带突变的蛋白质。
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过 订阅 来支持我们屡获殊荣的新闻报道。通过购买订阅，您正在帮助确保今天塑造我们世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
新发现的细胞被命名为“肺离子细胞”，因为它们似乎参与了离子（带电粒子，如食盐中的离子）在肺组织中的运输。在囊性纤维化患者中，这些细胞似乎还会产生大量的突变黏液蛋白，这些蛋白被称为囊性纤维化跨膜电导调节蛋白 (CFTR)。
如此基本的东西怎么会被错过这么久？“我认为这只是说明了这种疾病的复杂性，以及我们实际上并不了解肺的细胞基础，”马萨诸塞州总医院的肺科医生和发育生物学家 Jayaraj Rajagopal 说，他是新论文之一的合著者。
目前全球有超过 70,000 人患有囊性纤维化。患者通常会频繁发生肺部感染，有时还会因其异常浓稠的黏液也会阻碍胰腺对营养物质的吸收而患上营养不良。这可能导致患者早逝。但是，新药已帮助延长了预期寿命，如今，预测的平均生存年龄接近40岁，但这种情况仍然无法治愈。
新细胞类型的识别不会迅速改变当前的疗法，近年来，由于 Symdeko 和 Kalydeco（均来自波士顿的 Vertex Pharmaceuticals）等新疗法的出现，疗法已得到显著改善。这些药物有助于改善与 CFTR 产生相关的突变基因的功能，从而使黏液更稀薄且粘性更小。尽管如此，Rajagopal 表示，新的研究很可能会改变正在进行的基因疗法或干细胞疗法的探索，这些疗法可能会在未来治愈这种疾病。“这就像你从根本上重新构建了一个问题，这样你就可以重新攻击它，”Rajagopal 说，他也是麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所的准会员，以及霍华德·休斯医学研究所的教员。他和另一位研究人员最初并没有打算改变对囊性纤维化的理解。相反，他们的目标是分析气管（风管）中的所有细胞。
当他们使用细胞标记技术和计算机算法仔细分类在身体该部位发现的所有细胞类型时——这种方法在过去几年才在技术上可行——他们发现衬里中有七种细胞类型，而不是之前计算的六种。而第七种类型——肺离子细胞——正在大量产生 CFTR。“这绝对是一个惊喜，”Rajagopal 说。“我们花了很长时间才相信这是真的。”
来自麻省总医院和布罗德的研究人员最初研究了健康和CFTR突变的小鼠。然后，他们证实了在健康人肺中存在肺离子细胞。诺华公司和哈佛医学院的一个研究小组在周三发表在《自然》杂志上的另一篇论文中报告了非常相似的发现。
布罗德研究所的研究是名为人类细胞图谱项目的一部分——这是一项始于 2016 年的国际合作，目标是绘制人体中每种细胞类型的图谱。参与者将其设想为类似人类基因组计划的东西，它获得的所有数据都将公开提供。麻省理工学院生物学教授 Aviv Regev 是新研究的合著者之一，也是该项目的创始联合主席，他说，技术进步使得大规模识别和分析每个细胞的多步骤过程成为可能，尽管该图谱仍需数年才能完成。
为了绘制风管衬里的图谱，Regev 和她的团队对单个细胞的基因进行测序，然后在计算机分类系统的帮助下，根据它们的相似性和差异对细胞进行分组。那时他们看到，身体的该部分有七种细胞类型，而不是六种。布罗德研究所的核心成员 Regev 说，这个过程并不完美。“但是，如果你观察大量的细胞，并且你使用正确的计算方法，”她说，“你可以忽略这些小的误差和噪声，并且可以看到共性。”
在对小鼠进行研究后，研究人员在人类尸体中测试了健康肺，以证实人们也拥有肺离子细胞。科学家们尚未在囊性纤维化患者中，或在其他可能影响的器官（如胰腺）中寻找这些细胞。埃默里大学儿科教授、囊性纤维化基金会（一个倡导团体）的董事会成员埃里克·索舍说，这些发现仍然需要由专门研究囊性纤维化的研究人员进行探索。但索舍没有参与这项新研究，他赞扬这项研究令人印象深刻且意义重大。“这是一场真正的巡回演出，”他说。
Rajagopal 认为这项工作将带来更多惊喜，并对健康和患病细胞有更深入的了解。与此同时，他说，即使是不完整的信息也能对囊性纤维化等疾病产生巨大的力量。“我感到惊讶的一件事是，我们可以在不知道这一信息的情况下，在囊性纤维化研究方面取得如此大的进展，”他说。“这实际上让我产生了极大的乐观情绪，因为它意味着我们可以在不知道一切的情况下取得巨大的进步。”