想象一下，你正试图在一个庞大的、人口密集的大都市中找到路，而你所使用的地图只显示了主要的地标和大道。小巷、人行道，甚至一些最小的街道都没有出现。在某些情况下，整个社区都消失了。
这就是科学家和医疗从业者试图驾驭人体细胞景观的情况。人类平均有惊人的37万亿个细胞。我们对它们还有很多不了解的地方。我们的许多细胞从未被识别、绘制，甚至没有被完全理解它们在健康身体中所起的作用。
但是，如果研究人员能够更近距离地观察人体，以一种精细、生动的细节揭示数万亿细胞中的每一个呢?一项名为“人类细胞图谱”(Human Cell Atlas)的雄心勃勃的国际努力旨在使这成为可能。
世界各地成千上万的研究人员正在提供细胞样本和分析数据，试图集体绘制体内每个细胞的位置和功能。到目前为止，来自94个国家的约3000名参与者已经签署了该项目，该项目使用被称为单细胞RNA测序的新技术来分离单个细胞并研究它们的遗传物质。
多伦多大学(University of Toronto)的分子遗传学家加里·巴德(Gary Bader)说，传统研究的重点是识别导致某种疾病的基因，但还不能确定这些基因在人体的哪个部位起作用。他是该图谱的协调人之一。他说，单细胞RNA测序使科学家能够确定相关细胞的类型和位置，并绘制出它们的地图，从而弥合了一个关键的知识鸿沟，这将是革命性的。
Bader说，该图谱将作为一种参考工具，既能提高现有治疗方法的成功率，又能为生物医学进步铺平道路。“我们将能够精确地研究疾病在体内的作用，并为其中许多疾病开发新的治疗方法。”
就范围而言，细胞计划比人类基因组计划(Human Genome Project)更大，后者在21世纪初承担了绘制完整测序基因组中所有基因的重大挑战。基因组的组成部分相对较少——只有大约2万个基因。相比之下，自2016年人类细胞图谱项目启动以来，参与者已经分析了超过1.21亿个细胞，目标是再分析数十亿个细胞。虽然这个数字听起来令人生畏，但随着越来越多的科学家加入该联盟，研究的步伐正在加快。(五年前，只有大约500人参加。)他们还致力于使参与研究的人员和收集的样本更加多样化，以确保地图集反映广泛的种族和地理群体。
“我们希望这张地图能代表整个人类，”巴德尔说。“重要的是，来自世界各地的科学家——拉丁美洲、亚洲和非洲——都在做出贡献。”
参与者在网络中工作，每个网络都专注于身体内的特定器官或系统。本周，每个网络的代表将在多伦多开会讨论他们的进展，那里的科学家正在绘制肝脏。
贝德和多伦多大学的两位同事，免疫学家索尼娅·麦克帕兰和移植外科医生伊恩·麦克吉尔夫雷，在2018年绘制了该器官的初步地图。这项合作的努力是由一个跨学科的医生和科学家团队通过大学的“设计医学”倡议联系起来的，该倡议得到了加拿大第一研究卓越基金的资助。Bader将这张地图描述为“初稿”，它是基于对从5个健康已故捐赠者的肝脏中收集的约1万个细胞的分析。从那时起，该网络增加了相当多的数据。它现在已经绘制了来自更广泛的捐赠者的100多万个细胞的图谱——世界各地的实验室提供了大约130个样本。
巴德说:“我们仍然不知道身体中的许多细胞是做什么的。”“更多地了解它们是这个项目如此令人兴奋的原因。”
MacParland说，在单细胞rna测序技术被开发出来之前，研究人员采用了一种“水果沙拉”的方法来进行细胞分析。MacParland是UHN Ajmera移植中心的高级科学家，也是多伦多大学实验室医学和病理生物学以及免疫学系的副教授。她说，他们知道肝脏含有不同类型的细胞，但他们无法研究单个细胞的作用或它们如何相互作用。
这项新的测序技术是在2009年开发出来的，在过去的十年里得到了改进。它使研究人员能够识别单个细胞的特性——分解水果沙拉的成分，并考虑每种成分的作用。麦克帕兰说，就像一小把蓝莓可以改变整体味道一样，一小部分细胞可以通过“驱动疾病或治疗疾病”，在肝功能中发挥关键作用。“因此，与其观察所有细胞在一起行为的平均值，重要的是要了解每个小群体。”
肝脏网络发现的一种新细胞类型就是一个很好的例子。研究人员知道肝脏含有巨噬细胞群，巨噬细胞在肝脏中执行清除碎片的功能。但单细胞RNA测序显示，巨噬细胞群实际上由两种亚型组成，其中一种促进炎症，这可能导致肝脏疾病患者的并发症，在移植的情况下，导致器官排斥。有了这些知识，医学科学家可以开发出更有效的治疗方法。例如，移植计划可以探索抑制促炎巨噬细胞的方法，并“拨号”另一个亚群，它具有抗炎作用。“这可能会对肝移植的成功产生真正的影响。”
该联盟的其他网络也有类似的令人兴奋的发现。肺和气道组织在6月公开发布了第一张地图，该地图基于来自486个人的240多万个细胞。它的工作还发现了一些罕见的和以前未知的细胞类型，包括一种回答了关于囊性纤维化的一个关键和长期存在的问题。1989年，多伦多病童医院的医学科学家发现了导致这种致命遗传病的基因，但数十年的研究未能确定该基因在肺部的位置。2018年，细胞图谱研究人员发现了携带囊性纤维化基因的主要细胞类型。进一步的研究可能会带来治疗这种疾病的新方法。
当时在麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所工作的阿维夫·雷格夫(Aviv Regev)和惠康桑格研究所(Wellcome Sanger Institute)的莎拉·泰希曼(Sarah Teichmann)于2016年创建了该地图集，作为一项开放科学倡议。对许多科学家来说，这是细胞图谱最令人兴奋的方面之一。数据定期上传，并提供给所有研究人员，即使地图仍在进行中。
开放科学的支持者艾德·爱德华兹(Aled Edwards)基于类似的原则建立了结构基因组学联盟(Structural Genomics Consortium)，他说这是其成功的关键部分，因为它允许更广泛的科学家考虑这些发现，并加速新的发现。“这是一本基础目录——一本每个人都会读的书，所以你最不想做的就是隐藏页面，”爱德华兹说。“如果每个人都能分享，你就能获得更多的知识。你永远无法想象世界另一端的年轻科学家看到这些数据时会有什么想法。”
完成所有地图没有硬性的最后期限。至少在某种程度上，这是因为对于什么是完成并没有明确的定义。“科学没有终点，”巴德说。“一旦我们发现了一些我们不知道存在的东西，我们就会说，‘好吧，这有什么用?然后我们会发现更多。”
Bader说，新技术总是能促进发现，而细胞图谱的协作性和全球性也可能会促进发现。“随着我们了解的更多，我们可能会决定我们需要为撒哈拉以南非洲或欧洲绘制单独的地图。我们可能需要病变肝脏的地图。小儿肝脏。男性的肝脏图和女性的肝脏图。很难知道到底该在哪里停下来。”
