Nat Rev Genet 评论| 同源不是"相似"：单细胞时代,细胞类型比较需要先把概念说清楚

在单细胞图谱中，“人的某种细胞和小鼠的某种细胞是同源的”已经成了一句常见的话。但"同源"究竟指什么？是形态相似、功能相近、表达同样的标记基因，还是真的来自同一个祖先细胞类型？

近日，牛津大学朱元镇博士与Peter Holland教授、Sebastian Shimeld教授，厦门大学李光教授，耶鲁大学Günter Wagner教授在Nature Reviews Genetics发表评论文章Towards a rational terminology for cell types。文章指出，细胞类型研究的一个深层问题是同源性这一演化生物学的核心概念被用得过于随意，而现有的细胞命名体系又无法表达同源关系，使问题更加严重。作者提出细胞类型的名字应该明确记录它在演化树上的起源位置。

一、数据在爆炸，概念却没有跟上

单细胞测序让我们能在越来越多的物种中系统地编目细胞类型，跨物种比较随之成为热点。但比较的前提是:我们比较的到底是什么关系?

作者认为,这正是当前的症结。"同源"是演化生物学的核心术语,其本意是共同祖先,与"相似"是两回事：相似的细胞可能来自趋同演化，真正同源的细胞经过漫长演化也可能面目全非。然而在细胞类型研究中，“同源“常被当作”相似“的同义词使用，或者只在某个未明说的层级上成立。

二、同源性必须说清"在哪个层级上"

文章强调同源性本质上是分层级的。以神经元为例，如果假设所有神经元有共同起源，那么两个物种的任意神经元类型在"后生动物"这个层级上是同源的；但在更精细的层级上，许多神经元亚型并不是所有物种共有，而是某个支系或某个物种独有的创新。

水母、海葵等刺胞动物的刺细胞 (cnidocyte) 就是一个例子：它在高层级上与脊椎动物的神经元 (如浦肯野细胞) 同源 （追溯到后生动物祖先），在较低层级上却是刺胞动物祖先中新出现的神经元类型，与其他动物类群的任意神经元类型并不同源。如果不说明比较的层级，“刺细胞和神经元同源吗”这个问题就既可以回答“是”，也可以回答“否”。

分层级的同源还意味着，比较不一定得到一对一对应的结果。近期对脊椎动物与其近缘无脊椎动物细胞类型的比较并没有找到一对一的同源关系,而是多对一或多对多。如果无视层级，用一对一对应的思路去比较，结论很可能没有意义。

三、为什么现有命名会放大这个问题

现有细胞类型的名字，主要依据形态、功能、位置或分子标记。这类定义容易失效，如视网膜的无长突细胞 (amacrine cell) 字面意思是"没有轴突"，线虫体壁的肌肉细胞会向运动神经元伸出突起,却不是神经元。更关键的是，名字本身不携带任何同源性信息，同一个名称用在两个物种上（如人的绿光感知视锥细胞与鸡的绿光感知视锥细胞并不同源，而实际上与鸡的红光感知视锥细胞同源），常常被默认为"同源"，却常常没有人检验过。

作者把这一情形类比为早期的基因命名：同源基因在不同物种中曾被起了不同的名字,直到系统发育分析才理清关系。此外,”细胞家族、类、型、亚型"等术语在不同研究中的定义并不一致，无法跨物种、跨层级使用。

四、让名字携带起源信息

针对这些问题，作者建议在现有名称前加上系统发育前缀,标出目前证据支持的、该细胞类型独立身份可追溯到的最深演化支系。比如把刺细胞称为 Cnidaria cnidocytes，名字本身就说明这是起源于刺胞动物祖先的神经元类型，在这一层级上与其他动物类群的神经元类型并不同源。同时，现有名称被保留下来，避免对已有文献造成冲击。

为了让细胞类型命名可重复，作者给出了四步流程：先从宽泛的层级假设同源性发生的位置，避免过度细分；用跨物种细胞图谱检验该层级上能否建立对应关系；通过保守的核心调控程序 (如终端选择子的转录因子组合) 检验同源性，并放在系统发育框架中评估，而不是只做两两相似性比较； 最后把前缀标在保守调控身份所支持的最深支系上。

作者用这套流程研究了脊椎动物脑中的胶质细胞:星形胶质细胞和室管膜细胞在脊椎动物中有清晰的跨物种对应,而文昌鱼中相关转录因子没有类似的共表达模式,因此它们被命名为 Vertebrata astrocytes 和 Vertebrata ependymal cells;少突胶质细胞在有颌类中有对应、在圆口类中没有,故称 Gnathostomata oligodendrocytes。

五、名字就是假说，可以被检验和修订

这样的名称包含了一个明确的、可检验的演化假说。如果将来在无脊椎脊索动物中发现了同源的星形胶质细胞,Vertebrata astrocytes 就可以改称 Chordata astrocytes。作者也坦言,这套方法仍面临挑战:如何区分转录组差异究竟来自细胞类型身份的真正分化,还是同一类型细胞的不同"状态";以及细胞类型应该细分到什么程度,还需要更清晰的判断标准。

结尾

当越来越多的物种进入单细胞时代，细胞图谱要回答的，不应只是“一个生物由哪些细胞组成”，还应该是：这些细胞之间，究竟是什么关系？它们各自在生命之树的哪个节点上诞生？而回答这些问题的第一步，是先把“同源”这个词用清楚。

https://www.nature.com/articles/s41576-026-01028-z

制版人： 十一

学术合作组织

（*排名不分先后）

战略合作伙伴

（*排名不分先后）

推荐直播

转载须知

【非原创文章】本文著作权归文章作者所有，欢迎个人转发分享，未经作者的允许禁止转载，作者拥有所有法定权利，违者必究。

BioArt

Med

Plants

人才招聘

点击主页推荐活动

关注更多最新活动！