一種新型細胞的發現可能會從根本上改變囊性纖維化研究人員尋求治療這種通常致命的遺傳性疾病的方式。週三發表在
《自然》雜誌上的一篇論文描述了一個正在進行的細胞圖譜專案如何幫助科學家識別出這種罕見的細胞型別，它似乎在管理補水和 pH 值平衡方面發揮著關鍵作用——這對囊性纖維化患者來說是巨大的問題。同一雜誌上的第二篇論文也提供了類似的發現。
科學家們早就知道，囊性纖維化患者的黏液蛋白不能正常形成，這些結構上的不規則會導致鹽水失衡和脫水。這會導致肺部積聚濃稠的黏液，從而引發呼吸問題和可能危及生命的感染。但直到現在，研究人員一直認為另一種細胞與該疾病有關，並且他們缺乏技術能力來分辨哪些細胞攜帶突變的蛋白質。
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新發現的細胞被命名為“肺離子細胞”，因為它們似乎參與了離子（帶電粒子，如食鹽中的離子）在肺組織中的運輸。在囊性纖維化患者中，這些細胞似乎還會產生大量的突變黏液蛋白，這些蛋白被稱為囊性纖維化跨膜電導調節蛋白 (CFTR)。
如此基本的東西怎麼會被錯過這麼久？“我認為這只是說明了這種疾病的複雜性，以及我們實際上並不瞭解肺的細胞基礎，”馬薩諸塞州總醫院的肺科醫生和發育生物學家 Jayaraj Rajagopal 說，他是新論文之一的合著者。
目前全球有超過 70,000 人患有囊性纖維化。患者通常會頻繁發生肺部感染，有時還會因其異常濃稠的黏液也會阻礙胰腺對營養物質的吸收而患上營養不良。這可能導致患者早逝。但是，新藥已幫助延長了預期壽命，如今，預測的平均生存年齡接近40歲，但這種情況仍然無法治癒。
新細胞型別的識別不會迅速改變當前的療法，近年來，由於 Symdeko 和 Kalydeco（均來自波士頓的 Vertex Pharmaceuticals）等新療法的出現，療法已得到顯著改善。這些藥物有助於改善與 CFTR 產生相關的突變基因的功能，從而使黏液更稀薄且粘性更小。儘管如此，Rajagopal 表示，新的研究很可能會改變正在進行的基因療法或幹細胞療法的探索，這些療法可能會在未來治癒這種疾病。“這就像你從根本上重新構建了一個問題，這樣你就可以重新攻擊它，”Rajagopal 說，他也是麻省理工學院和哈佛大學布羅德研究所的準會員，以及霍華德·休斯醫學研究所的教員。他和另一位研究人員最初並沒有打算改變對囊性纖維化的理解。相反，他們的目標是分析氣管（風管）中的所有細胞。
當他們使用細胞標記技術和計算機演算法仔細分類在身體該部位發現的所有細胞型別時——這種方法在過去幾年才在技術上可行——他們發現襯裡中有七種細胞型別，而不是之前計算的六種。而第七種型別——肺離子細胞——正在大量產生 CFTR。“這絕對是一個驚喜，”Rajagopal 說。“我們花了很長時間才相信這是真的。”
來自麻省總醫院和布羅德的研究人員最初研究了健康和CFTR突變的小鼠。然後，他們證實了在健康人肺中存在肺離子細胞。諾華公司和哈佛醫學院的一個研究小組在週三發表在《自然》雜誌上的另一篇論文中報告了非常相似的發現。
布羅德研究所的研究是名為人類細胞圖譜專案的一部分——這是一項始於 2016 年的國際合作，目標是繪製人體中每種細胞型別的圖譜。參與者將其設想為類似人類基因組計劃的東西，它獲得的所有資料都將公開提供。麻省理工學院生物學教授 Aviv Regev 是新研究的合著者之一，也是該專案的創始聯合主席，他說，技術進步使得大規模識別和分析每個細胞的多步驟過程成為可能，儘管該圖譜仍需數年才能完成。
為了繪製風管襯裡的圖譜，Regev 和她的團隊對單個細胞的基因進行測序，然後在計算機分類系統的幫助下，根據它們的相似性和差異對細胞進行分組。那時他們看到，身體的該部分有七種細胞型別，而不是六種。布羅德研究所的核心成員 Regev 說，這個過程並不完美。“但是，如果你觀察大量的細胞，並且你使用正確的計算方法，”她說，“你可以忽略這些小的誤差和噪聲，並且可以看到共性。”
在對小鼠進行研究後，研究人員在人類屍體中測試了健康肺，以證實人們也擁有肺離子細胞。科學家們尚未在囊性纖維化患者中，或在其他可能影響的器官（如胰腺）中尋找這些細胞。埃默裡大學兒科教授、囊性纖維化基金會（一個倡導團體）的董事會成員埃裡克·索舍說，這些發現仍然需要由專門研究囊性纖維化的研究人員進行探索。但索舍沒有參與這項新研究，他讚揚這項研究令人印象深刻且意義重大。“這是一場真正的巡迴演出，”他說。
Rajagopal 認為這項工作將帶來更多驚喜，並對健康和患病細胞有更深入的瞭解。與此同時，他說，即使是不完整的資訊也能對囊性纖維化等疾病產生巨大的力量。“我感到驚訝的一件事是，我們可以在不知道這一資訊的情況下，在囊性纖維化研究方面取得如此大的進展，”他說。“這實際上讓我產生了極大的樂觀情緒，因為它意味著我們可以在不知道一切的情況下取得巨大的進步。”