1型糖尿病的原因是什么？科学家为什么要映射细胞

构成人体的细胞大约有100万亿个。一项新的大型科学研究将对来自80个已知器官的200种或更多种细胞进行分类和成像，并鉴定在这些细胞中有活性的基因。

这项新的努力紧随人类基因组计划，该计划在20世纪90年代和21世纪初期吞噬了生物学。现在，科学家已经构思出一个新的令人兴奋的挑战：创建一个整个人体的细胞图，一个名为人类生物分子图谱计划的项目，或HuBMAP。佛罗里达大学是五个参与组织制图中心之一。在UF中心，我们负责绘制胸腺，淋巴结和脾脏的图谱 - 免疫系统的所有关键组成部分。

近35年来，我一直在研究1型糖尿病或青少年糖尿病，与我在UF糖尿病研究所的其他同事一起，我一直在努力寻找预防和治愈这种疾病的方法。直到最近这一直是一个挑战，因为我们不知道是什么引起了1型糖尿病。

我们作为组织绘图中心的目标是识别独特类型的细胞，它们产生哪种蛋白质，以及打开哪些基因，并构建每个器官的虚拟三维模型。该地图将为许多疾病的研究提供信息，包括1型糖尿病。

为什么理解1型糖尿病的原因很重要？

我们知道1型糖尿病是一种所谓的“自身免疫性疾病”。在1型糖尿病中，被称为“T淋巴细胞”的免疫细胞被认为会破坏负责产生胰岛素的胰岛β细胞，从而调节糖的水平。在我们的血液中。

十多年前，由于无法预防和治愈这种疾病而感到沮丧，我开始采取措施从1型糖尿病的器官捐献者以及没有患病的人群中收集人体胰腺。收集后一组以提供对“正常”健康胰腺的理解。到目前为止，我们已经收集了500多人的胰腺。我们已将这些组织分发到全球21个国家的约230个项目中。这项努力的结果导致了新的发现，这些发现重写了我们对这种疾病如何发展的理解。

被诊断患有1型糖尿病的患者，仅在美国每年约25,000名患者，为了生存而长期依赖每日注射胰岛素，并且患有长期医疗并发症的风险很高，包括失明，肾病，麻木足，肢体截肢和心血管疾病。今天，据估计，美国有近125万人患有这种疾病。

由于这些并发症对于患有该疾病的个体而言是令人沮丧的，可能更令人生畏的是必须控制或解决的许多日常生活方式因素以控制疾病：监测碳水化合物，估计运动，评估血糖水平和施用胰岛素避免高血糖和低血糖水平。这些仅代表日常疾病相关挑战中的一小部分。

出于这些原因，我们在UF糖尿病研究所的集体研究工作的目标一直是了解导致这种疾病的原因。了解这将使我们能够预测谁有风险，找出预防疾病进展的方法，并开发治疗疗法。

为什么研究这些器官？

1型糖尿病只是80多种已知的自身免疫性疾病中的一种，由于未知原因，免疫系统会逆转自身。除自身免疫外，免疫反应也是抗击癌症和传染病的关键成分。根据我们的经验，研究胰腺和1型糖尿病，我们看到通过绘图来了解免疫在每个环境中的作用方面取得了很大进展。它将允许深入了解免疫系统的工作方式。

在健康的个体中，T细胞仅在对感染或癌细胞作出反应时才变得活跃。但在那些易患自身免疫性疾病的人中，某些T细胞会被“自身”蛋白质错误地激活，导致它们破坏健康组织。

在其他情况下 - 如癌症或传染病 - 免疫系统无法提供足够强大的反应以使其有效。或者免疫系统的细胞不受控制地增殖，导致淋巴瘤和白血病等血液和淋巴癌。这就是为什么胸腺，脾脏和淋巴结是研究健康人体免疫系统的人感兴趣的组织。研究人员需要了解所有这些器官的健康基线，以便我们能够识别出事情何时开始出现故障和变化，从而导致自身免疫性疾病，癌症和传染病。换句话说，我们首先需要了解整个人类生命周期中正常淋巴系统的构成。

为什么定义正常重要？

您可能想知道我们在哪里获得这些正常细胞。正如我们在过去11年中所做的那样，在家庭成员或法律执行人提供知情同意后，我们将通过器官采购组织从已故器官捐献者处获得移植级人体组织。鉴于在悲伤的时候，这些珍贵的解剖学礼物，在脾脏，胸腺和淋巴结的情况下不能用于救生移植手术，为科学研究和发现提供了无法有效的资源。

只有被认为是“正常”的组织 - 不受已知或可观察到的病理影响 - 才会被纳入这些初步研究。我们将从捐赠者收集组织，从婴儿到70岁以下的成年人。我们希望这将提供有关年龄如何改变每个器官中所有细胞的类型和健康的见解。

在UF糖尿病研究所，一个多学科团队，包括细胞和分子生物学家，研究临床淋巴样本的血液病理学家，生物医学工程师，免疫学家和许多其他人将合作参与HuBMAP计划。事实上，UF组织绘图中心将与尖端显微镜和数据收集领域的全球专家网络进行广泛合作。

我们正在建立一个成像管道，使用八种不同形式的显微镜检测数十种蛋白质和RNA分子，这些分子表征神经，血管，称为基质的支持组织和来自组织切片的免疫细胞。

在HuBMAP的头两年内，我们计划从11个器官供体中绘制脾脏，胸腺和淋巴结。

我们期望得到的数据将揭示新的细胞类型，分子和细胞结构，细胞 - 细胞相互作用及其在人体解剖学和生理学中的功能意义。因此，高分辨率，三维人类生物分子图谱计划有望促进发现。

当我在生命中遇到50多岁时，受疾病影响的同事，朋友和家人的数量每年都在增加。我最近也成了爷爷。我想我们的建议将对当代和后代的人类健康产生巨大影响。这将是一份遗产礼物。

本文最初发表在Mark Atkinson的The Conversation上。阅读原文。