人体内的7万亿个细胞都有什么作用？

人体内的7万亿个细胞都有什么作用？

人体有7万亿个细胞。我们很快就要知道它们都做些什么了。

我们所做的一切，从运动到思考，从消化到睡觉，都依赖于各种不同的细胞：有盘状的红细胞，有纤长的神经细胞，有能伸缩的肌肉细胞……这些形态和分工不同的细胞结合在一起形成了我们的组织和器官，使我们成为复杂的有机体。

但是，迄今为止我们仍然不能列出身上所有类型的细胞，许多细胞到底做什么的，对我们依然是个谜。

现在，“人类细胞图谱计划”准备对人身上的细胞来一次全面的普查：鉴别和定位我们所拥有的每一种类型的细胞。这个项目一旦完成，必将像已完成的“人类基因组计划”一样，让我们对自己的身体有更彻底的了解，并为许多疾病的成因和治疗方案提供新的思路。

给细胞分类和定位

了解细胞就是了解生命，如果你不知道哪些地方有哪些细胞，也不知道它们是如何工作的，你就不能说你真正懂生物学。

了解细胞，得从对它们的分类开始。150多年来，研究人员发明了各种对细胞分类的办法：或根据它们的大小和形状;或根据它们在体内的位置;或根据它们对染料的反应;以及最近，又根据它们制造的蛋白质。这些不同的分类办法，有时又组合起来使用。每发明一种新的细胞分类法，细胞类型的数量就继续增加。今天的教科书把人体37万亿个细胞分成了300多种类型。

“人类细胞图谱计划”的第一个任务就是使用一种全新的、也更强有力的细胞分类法——根据细胞内所激活的基因来对细胞进行分类。

这是什么意思呢?得好好解释一下。

除了少数例外，我们身上的所有细胞，不论属于什么类型，都含有完全相同的一套遗传密码。我们的基因组里有大约2万个基因，但并不是每个基因都能在一个细胞中得到表达的。例如，我们长头发是由基因控制的，这个毛发基因同时存在于包括肝细胞和毛囊细胞在内的所有细胞中。但显然，它仅在毛囊细胞中得到表达，在肝细胞中，它没得到表达。

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所以，每个细胞都仅能控制部分基因获得表达，细胞类型不同，所表达的基因也不同。而弄清楚一个细胞中哪些基因是活跃的，以及活跃程度如何，这就是“人类细胞图谱计划”的主要目标之一。为此，生物学家需要为每一个细胞创建一个基因表达谱，然后把细胞归属于不同类型。

目前，科学家已经发明了很先进的分析技术，可以一次性输入数十万个细胞，然后很快获得它们各自分属的细胞类型。一种称为“树突状细胞”的免疫细胞，原先被认为是无差别的，但科学家通过这种分类手段却立即发现了差别：根据基因表达谱的不同，树突状细胞至少可分成两个细胞亚群。

给体内的细胞定位是“人类细胞图谱计划”的第二个任务。因为要真正了解我们的身体是如何工作的，我们需要能够精确定位组织中的单个细胞。如果说“给细胞创建基因表达谱”类似于人口普查中调查一个人的受教育程度、就业状况等信息，那么“给细胞定位”类似于查一个人的户籍或者居住地。

在过去五年里，细胞定位技术也取得了巨大的进步。

“人类细胞图谱计划”小试牛刀

尽管“人类细胞图谱计划”还处于早期阶段，但已经取得不少突破性的发现。

比如，威尔姆斯肿瘤是一种最常见的儿童肾癌，迄今通常是通过化疗来治疗的，但效果并不好。英国剑桥大学的科学家最近研究了肾细胞的基因表达谱，表明威尔姆斯肿瘤细胞类似于未完全发育成熟的细胞。基于这一发现，他们建议使用一种更好的替代治疗：给威尔姆斯肿瘤细胞提供机会继续“发育”，促使它们变成无害的成熟肾细胞。这可能发明出一种治疗儿童癌症的全新方式。

也许最令人惊讶的是，2018年8月份，两个研究小组在肺泡内膜发现了一种前所未知的细胞类型，它们很可能是囊性纤维化的真正病因。囊性纤维化是北欧人最常见的单基因缺陷导致的疾病，这种病会导致粘液在肺部积聚，反复感染和早夭。当身体不能制造足够多的一种叫做CFTR的蛋白质时，就会得这种病。

30年来，我们一直认为CFTR蛋白是由肺部的纤毛细胞制造的。然而新的研究显示，大部分CFTR蛋白其实是由新发现的一种细胞制造的。俗话说“对症下药”，找到了真正的病根，将给囊性纤维化患者带来福音。

上述这些疑难杂症曾一直困扰着人类，如今随着“人类细胞图谱计划”的推进，已经可以看到治疗的曙光。但是，“人类细胞图谱计划”远远不止用于解决个别疑难杂症，就像“世界地图集”不单单为某次航海提供服务，而是成为整个航海的基础，“人类细胞图谱计划”也必将成为探索所有人体生物学的基础。

拓展阅读：细胞到底是什么?

大多数细胞是肉眼看不见的，但没有它们，就没有生命。

1660年代，英国科学家罗伯特·胡克通过自制的显微镜观察软木片时，第一次发现了细胞，并以此命名。此后，科学家花了200年的时间才意识到细胞的重要性：细胞是生命最基本的单元——所有的生物都由一个或多个细胞组成。

细胞内部包含一系列惊人的微小结构，例如基因组所在的细胞核，负责产生能量的线粒体，以及制造蛋白质和脂肪的内质网，等等。所有这些细胞器都被细胞膜包裹着，细胞膜就像海关，只允许某些特定的商品进出。

人类细胞如果不分化，就什么都不是。最小的是50微米长的精子。你可以将它跟卵细胞比较一下，卵细胞直径约为1毫米(或者1000微米)，肉眼就能看到。而一个神经细胞从下脊髓延伸到大脚趾，可以长达1米多。

它们扮演的角色也多种多样。神经细胞通过电脉冲和化学通道接收、处理和传输信息。耳朵中的纤毛细胞将振动转变成电脉冲，使之成为我们所感知的声音。免疫细胞在其内部携带致命的化学物质，用它们来清除被感染或发生癌变的细胞，等等。每种类型的细胞都有赖其他类型的细胞来维持它们。例如，几乎所有的细胞都依赖红细胞给它们带去氧气。

所有类型的细胞最早出现在胚胎中，胚胎中不同区域的细胞暴露于含不同蛋白质的“鸡尾酒”中，促使它们表达特定的一些基因，从而发展成不同类型的细胞。

即使在成熟细胞中，活跃基因的数量也各不相同。如果是一个快速分裂的细胞，活跃基因的数量可能达到5000至6000个。但如果是一个“安静”的细胞，活跃基因可能只有1000至2000个。

基因表达谱

我们知道，几乎人体的每一个细胞中都含有整套人类基因组。但是在不同种类的细胞中，这些基因的活跃程度是不一样的。比如在肝细胞中，控制毛发生长的基因可能就不活跃了。一个细胞的基因表达谱就是对人类基因组里的每一个基因列出它在该细胞中的活跃程度。人类基因组拥有2万多个基因，这意味着一个细胞的基因表达谱就拥有2万多条“谱线”：横坐标是一个个基因，纵坐标是它们各自的活跃程度。