人類細胞圖譜計劃（Human Cell Atlas，HCA）旨在描述人體中每個細胞（約37萬億個）的詳細特征，呈現不同類型細胞在人體組織的三維結構，勾勒他們在人體系統內的聯系，揭示圖譜變化與健康和疾病的關系。
 

近日，HCA分支的人類乳腺細胞圖譜（HBCA）項目出現了新進展，結果發表在Nature（IF=69.504)雜志上，題為“A spatially resolved single cell genomic atlas of the adult human breast”。 該研究構建了單細胞和空間分辨率的綜合人類乳腺細胞圖譜（HBCA），并且從空間生物學角度解析了乳腺組織中各種細胞亞群之間的關系，這為專家研究乳房相關疾病提供了詳細的單細胞空間多組學信息。
 

成人乳房的解剖結構和病理 H&E 展示，下半部分顯示了主要細胞類型

人類乳房是頂泌器官，在懷孕后產生乳汁滋養嬰兒方面發揮著重要的生理作用。這種腺體功能是由上皮系統介導的，該系統由高度分支的小葉單位組成，產生的乳汁通過復雜的導管網絡運輸。乳腺上皮系統嵌入富含脂肪的組織中，周圍是致密的脈管系統和淋巴管網，直接與區域淋巴結相連。人類乳腺組織由四個主要空間區域組成：1) 終末導管小葉單位 (TDLU) 和致密的分支上皮小葉，2) 大部分為雙層上皮的管狀導管，3) 富含細胞外基質 (ECM)結締組織，4）富含脂肪的區域。以前的研究主要集中在上皮細胞的特征上，許多非上皮細胞類型仍未得到充分研究。

HBCA 項目的概述和工作流程

研究者使用單細胞轉錄組測序（10x Genomics）分析了62 名女性的 535,941 個細胞和 20 名女性的 120,024 個細胞核（為了探究脂肪細胞的異質性），確認了乳腺組織中主要的細胞類型。接下來，作者使用兩種空間組學技術（ST, 10x Genomics和smFISH）和CODEX（Akoya空間單細胞蛋白組技術）檢測乳腺組織中各種細胞亞群的空間分布情況。研究者還進行了空間鄰域分析（見下圖g，l），結果表明，乳腺上皮細胞和非上皮細胞之間存在緊密的空間相關性。隨后，研究者分別研究了上皮細胞和非上皮細胞的分布特征。 

g，來自 12 個組織的 smFISH 數據中細胞類型的空間共定位，其中節點大小代表細胞數量，邊緣寬度代表共定位的概率。l，來自 4 個組織的 CODEX 數據中分段細胞類型的空間共定位圖。

在研究者對乳腺上皮細胞的分析中，主要分析了他們在前期研究中鑒定的三種主要細胞類型：基細胞（Basal）、激素反應型腔細胞（LumHR）和分泌型腔細胞（LumSec）。研究者定義了LumHR細胞的3種亞群和LumSec細胞的5種亞群。另外，研究者還在導管區域和小葉區域通過空間多組學檢測確定了幾種乳腺上皮細胞的空間分布規律，完成了乳腺上皮細胞的空間圖譜。

o，來自 P66 的 CODEX 數據顯示用 PCNA 標記的導管和小葉中的增殖細胞。r，smFISH 數據（P46-S1 和 P46-S4）顯示在導管和小葉區域特異性表達的基因。

        構建圖譜必然需要全面解析組織中各類細胞類型，但以往研究者們往往忽略乳腺組織中的非上皮細胞。在本研究中，研究者發現這些細胞不僅在乳腺組織中占有較高比例，且與乳腺上皮細胞存在顯著的空間相關性。研究者在解析乳腺組織中免疫細胞的過程中發現：其呈現出非常豐富的異質性。T細胞和NK細胞有14種亞群；B細胞有5種亞群；髓系細胞有12種亞群。隨后，研究者在乳腺組織的不同分區中用空間技術檢測了免疫細胞的空間分布。

結論：

       研究者使用單細胞空間多組學技術對人類乳腺組織微環境進行了解析，不僅對更多細胞類型進行了研究，也從空間層面上解析了各細胞亞型之間的位置關系和空間聯系，從而構建了人類乳腺細胞圖譜。這些數據為研究乳腺生物學和乳腺相關疾病提供了人類乳腺組織的參考。