隨著時代技術發(fā)展，繼人類基因組計劃（Human Genome Project）之后，人類細胞圖譜（Human Cell Atlas，HCA）直指更遠大的目標：表征一切人體細胞，覆蓋所有組織和器官，描繪健康人體的微觀參考圖。
借此機會，生物通帶您快速領會四大重點人類計劃
國際人類細胞圖譜計劃正式啟動
10月13日-14日倫敦召開的一場國際會議揭開了“建立人類細胞圖譜” 全球行動計劃的序幕。
旨在描述人體中每個細胞（包括細胞類型、數量、定位、關系和分子組成），作為促進生物醫(yī)學科學發(fā)展的參考地圖，HCA將提供不同類型細胞組成人體組織的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系。未來，HCA將徹底改善醫(yī)生和研究人員對疾病的理解、診斷和治療。
會議由Broad研究所（Broad Institute of MIT and Harvard）和桑格研究院（Wellcome Trust Sanger Institute）牽頭，召集各國專家共同討論HCA啟動第一階段基本要素，撰寫詳細創(chuàng)建步驟白皮書，討論以下研究領域的取樣和分析策略：
1.極高分辨率的人類免疫系統(tǒng)；
2.大腦和神經系統(tǒng)不同部位的各種各樣細胞；
3.排列在器官內外部以及血管保護層的上皮組織；
4.單細胞分辨率的癌癥患者腫瘤，包括惡性細胞和周圍正常細胞以及免疫細胞。
一切皆有可能
Broad研究所主席Aviv Regev博士喜歡探索可能性研究的極限邊界。2011年，身為計算生物學家，致力于通過觀察細胞內RNA分子拆解基因網絡研究的她與分子遺傳學家Joshua Levin合作，測試了一系列RNA測序方法，使用降解RNA或微乎其微含量的分子樣本挑戰(zhàn)各種測序技術，Levin指出，最后他們成功測序了遠少于單細胞中RNA量的樣本。
2006年，35歲的Regev從哈佛大學Bauer基因組學研究中心轉到Broad研究所，成立了自己的實驗室。在Broad，她繼續(xù)梳理RNA測序數據的復雜信息，2011年開發(fā)了不依賴參考基因組，整合完整轉錄組的方法。與此同時，Levin也看到了單細胞RNA測序的前景，在那時，因為技術不夠靈敏，單細胞基因組學幾乎不可想象。直到他們的合作扭轉了局面?！袄脝渭毎蚪M學，可以揭示有機體不同細胞類型，了解它們之間如何發(fā)生相互作用?！?/p>
單細胞生物學工作揭示了細胞的前世今生和令人眼花繚亂的多樣性，并可能引領新的治療方法
2014年左右，Regev開始舉辦有關細胞圖譜繪制的講座和研討會。桑格研究所細胞遺傳學主席Sarah Teichmann博士聽說Regev的想法后，2016年詢問她是否有意愿合作建設國際性人類細胞圖譜計劃，該計劃研究成員不止有基因組學專家，還包括各種組織和器官系統(tǒng)的生理學專家。
Regev馬上抓住了機會，和Teichmann成為了如今“HCA”項目的共同領導者。該項目的目的是發(fā)現(xiàn)并表征人體所有可能存在的細胞狀態(tài)，包括成熟的、不成熟的、耗竭的和充分運作的，這需要更多測序工作。
科學家們認為人體內大約有300個主要細胞類型，但Regev懷疑可能存在更多狀態(tài)和細胞亞型?！皢我暰W膜上就含有超過100個亞型的神經元，”Regev說。
在協(xié)調HCA項目中，28名來自五大洲的有影響力的專家組成了一個委員會，通過會議吸引了超過500名領域內的科學家參與。“要是我的話，我可能會承受不了這樣的壓力，”Regev的本科和碩士導師進化生物學家Eva Jablonka說?！芭c他人分享共同心愿對我來說并不是壓力，而是樂趣，”Regev輕描淡寫的回答。
今年早些時候，這個偉大計劃的啟動基金還沒有著落，直到6月，陳-扎克伯格倡議*（Chan Zuckerberg Initiative）捐助了一筆未透露數目的捐款和一系列軟件工程以幫助“人類細胞圖譜（Human Cell Atlas，HCA）”國際合作項目建立研究、實踐和分析技術手段以及數據信息平臺。
今年4月，陳-扎克伯格倡議接受了為期一年的測試技術和實驗程序研發(fā)HCA試點項目申請。10月16日，38個首批貢資試點項目名單正式公布。我國清華大學張學工團隊成功入選，負責單細胞尺度分析、識別采集系統(tǒng)錯誤、增強測序和成像檢測信號等技術和計算工具開發(fā)。
38個試點項目課題組任務明細
如何構建人類細胞圖譜
初步估計，人體至少有37.2萬億細胞，HCA的影響面目前主要包括：
1.與新成立的人類免疫學基因組計劃（Human Immunological Genome Project，immgenH）合作，并將其拓展到人類的整個“免疫系統(tǒng)”，利用單細胞分析在極端分辨率水平分析免疫系統(tǒng)；
2.與現(xiàn)有的“艾倫腦圖譜（Allen Brain Atlas）”和NIH的“大腦計劃（BRAIN Initiative）”相輔相成，完整建立大腦和神經系統(tǒng)所有類型和亞型細胞目錄；
3.生成上皮組織器官細胞圖譜，識別和表征細胞和細胞之間的相互作用，闡明健康和疾病狀態(tài)；
4.精細化腫瘤生態(tài)系統(tǒng)內在變化，解鎖腫瘤內 不同類型細胞相互作用和其動態(tài)變化對患者的影響；
5.建立人類發(fā)育細胞圖譜（Human Developmental Cell Atlas，HDCA）子項目，生成人類所有發(fā)育階段的參考細胞圖譜。
圖譜構建
（陳-扎克伯格倡議* 由 Priscilla Chan和丈夫Mark Zuckerberg 于2015年創(chuàng)建，2016年號召科學界領導者組成“夢之隊”，投入30億美元啟動基礎疾病研究，預計2100年產出重大影響。）
其他人類計劃
一、人類蛋白質圖譜（Human Protein Atlas，HPA）
由克努特和愛麗絲 瓦倫貝里基金會（Knut and Alice Wallenberg Foundation）資助，瑞典在2003年開始籌劃“人類蛋白質圖譜（Human Protein Atlas，HPA）”項目。HPA結合各種組學手段（包括以抗體為基礎的成像技術，基于質譜的蛋白質組學、轉錄組學和系統(tǒng)生物學技術），致力于測繪所有人體細胞、組織和器官中的蛋白質。
HPA根據人類蛋白質全基因組分析的不同側重點，分為三個獨立的部分：
1.測繪人體主要組織和器官的組織圖譜（Tissue Atlas）；
2.測繪單細胞蛋白質亞細胞結構定位的細胞圖譜（Cell Atlas）； 《Science》報道人類亞細胞蛋白質圖譜現(xiàn)已完工
3.展現(xiàn)癌癥患者生存相關蛋白質水平影響的病理學圖譜（Pathology Atlas）。
《Science》人類癌癥轉錄組病理學地圖
所有知識資源全部可開放獲取，包括幾千篇文獻資料其他資源。
二、國際腦實驗室（International Brain Lab，IBL）
2017年9月19日，美國和歐洲的21位領袖級神經科學家正式合作成立IBL，聯(lián)手探索所有動物都具有的一種行為“覓食”的大腦工作原理。倫敦威康信托基金和華盛頓西蒙斯基金會承擔IBL未來五年超過1200萬美元的啟動資金。
該項目試圖動搖通常由個體實驗室通過有限數量的大腦回路研究簡單行為的細胞神經學的科研模式。作為替代，“虛擬”IBL實驗室將模擬自然條件下不斷變化的環(huán)境，從整體水平探索小鼠復雜行為背后的大腦工作機理。
三、癌癥基因組圖譜（The Cancer Genome Atlas，TCGA）
美國國家癌癥研究所（National Cancer Institute）領導，2006年成立，通過表征癌癥基因組，探索導致細胞癌變的遺傳突變，區(qū)分不同癌癥類型，在分子水平分析標準護理和新型治療策略，建立癌癥基因激活模型，統(tǒng)計遺傳風險因子，最終提高癌癥的精準醫(yī)療水平。
該項目已覆蓋超過100種不同類型癌癥（https://www.cancer.gov/types）。
2017年10月16日《Cell》雜志發(fā)表文章，更新了412例不同分子特征的膀胱癌案例亞型及其預兆和特異性治療策略。其中部分亞型很可能將受益于最近FDA批準的免疫檢查點抑制劑療法，其他亞型則需要包括靶向治療在內的其他治療策略。
未來，這些精細全面的人類圖譜將大大增加我們對人類生物學和疾病的理解。
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