发表于28日《细胞》杂志上的一项研究称，科学家对2200万个人类T细胞（即免疫细胞主力）进行基因“压力测试”后，解码了人类免疫细胞基因调控回路，绘制出一张迄今最为庞大的、高分辨率的人体免疫细胞功能图谱，为虚拟生物学和下一代免疫疗法提供了功能性“规则手册”。该成果由美国格拉德斯通研究所、加州大学旧金山分校和斯坦福大学联合完成，被视为免疫学和基因组学的里程碑。
通过在2200万个人类免疫细胞中对基因进行测试，科学家们超越了单纯的DNA测序。图片来源：格拉德斯通研究所
研究团队运用名为“Perturb-seq”的技术，对来自真实献血者的2200万个人类T细胞（即免疫细胞主力）进行了系统性基因“压力测试”。
他们逐一关闭了近12800个不同基因，观察这些操作对细胞功能的影响。与以往依赖实验室细胞系不同，本次研究直接使用了真实人体免疫细胞，使得结果更贴近临床实际。
“这超越了单纯的DNA测序。”该研究高级作者、格拉德斯通-加州大学旧金山分校基因组免疫学研究所所长亚历克斯·马森博士表示，“我们不仅知道基因是什么，还弄清了它们在健康和疾病状态下如何工作。”他认为，这是继人类基因组计划和人类细胞图谱之后的第三次生物学浪潮。
研究发现，基因并非孤立发挥作用，而是构成复杂的动态回路。这些回路的运作方式高度依赖于细胞所处的环境，例如细胞处于静息状态还是正在对抗感染。研究团队将其比作计算机电路：只有理解整个回路，才能预判细胞的行为。
这一数据集同时也是“十亿细胞图谱项目”迄今最大的成果。该项目旨在为AI模型提供海量开源训练数据，推动虚拟生物学发展。研究显示，AI模型需要在多样化的细胞状态和健康场景下训练，才能做出准确预测。截至今年7月，该项目已完成超过3.5亿个细胞的测序，并产生超过6PB（拍字节）的基因组数据。
目前，科学家已开始将此次绘制免疫细胞功能图谱的方法应用于癌症研究，计划追踪基因变化如何影响T细胞与肿瘤微环境的相互作用。马森博士指出，这项研究提供了“基因如何控制T细胞反应的基本规则手册”，有望成为整个免疫学领域的标准参考工具。
在我们体内，免疫细胞犹如一支训练有素的“特种部队”，时刻捍卫着生命防线。然而，这支队伍如何精准识别敌我、高效协同作战，仍存在不少未解之谜。此次，科研团队史无前例地对2200万个人类免疫细胞进行基因测试，成功解码了其基因调控回路，相当于破译了这支“特种部队”排兵布阵的作战密码。这份迄今最高分辨率的免疫细胞功能图谱，不仅能够帮助科学家探究感染、自身免疫病乃至肿瘤的发病根源，而且有望为设计更精准的免疫疗法、开发靶向药物提供强大的参考工具。