PNAS速递：人体细胞大小和数量的权衡

关键词：细胞生物学，细胞尺寸调节，细胞生物量

论文题目：The human cell count and size distribution论文地址：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2303077120
细胞被认为是生命的基本组成单元。每种细胞类型通常具有特定的尺寸范围，这不仅在再生组织中得以维持，在从出生到成熟的个体发育过程中也是如此，并且在从小鼠到大象的哺乳动物中同样受到高度限制。由于特定类型的细胞大小具有一致性，更大的身体通常具有更多细胞数量，而不是由更大的细胞组成。
然而，尽管任何特定细胞类型的大小是一致的，但从最小的红细胞到最大的肌纤维，细胞大小的变化达到七个数量级，与鼩鼱和蓝鲸的质量比相当。这引出了一个问题：整个人体的细胞大小分布是怎样的？细胞大小和数量之间具有怎样的关系？这个问题从未在整个人体范围内正式研究过。
这项研究汇总了一个关于细胞大小和数量的全面数据集，包含60种组织中大约1200个细胞群体的细胞质量、尺寸范围和细胞数量，从最小的红细胞到最大的肌肉纤维，数据来自1500多个已发表来源。研究考虑了一个男性的身体（70公斤）作为代表，这允许进一步估计女性（60公斤）和10岁儿童（32公斤）的数据。作者们构建了一个用于人体细胞组织的层级界面，可轻松获取数据、方法和来源（https://humancelltreemap.mis.mpg.de/）。
总体而言，研究估计，男性体内总共有约36万亿个细胞，女性有约28万亿个，儿童有约17万亿个。这些数据揭示了细胞大小和数量之间令人惊讶的反比例关系，暗示这些变量之间存在权衡，即在给定的对数大小类别内，所有细胞对体内总细胞生物量的贡献都相等。研究还发现，变化系数与平均细胞大小大体无关，这意味着存在跨细胞类型的细胞尺寸调节。这些数据建立了一个关于人体细胞的整体定量框架，并突出了细胞生物学的大规模模式。

图1. 不同细胞类型的细胞大小和生物量分布。（A）细胞数量由红细胞和血小板主导；(B) 细胞生物量由骨骼肌细胞（skeletal myocytes）主导，占据身体45公斤细胞生物量的大约一半，即使它们只占有核细胞计数的<0.002%；其余23.5公斤的细胞生物量大部分是白色脂肪细胞（white adipocytes，约12公斤）。

图2. 身体32个最重要的组织系统中18个细胞类的细胞计数和生物量分布。
图3. 人体细胞大小和数量几乎成反比例关系。

图4. 细胞生物量和细胞大小的变化。一个细胞群体的细胞数量乘以细胞质量给出该细胞群体的总生物量。一个大小类别内的总细胞生物量相对对数细胞质量显示出很少的系统性变化。

编译｜梁金

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