2022年,华大启动“珠峰行动计划”,即到2024年完成包括珠峰在内的系列高海拔山峰攀登。期间收集志愿者登山的生物样本和数据,用多组学前沿技术探索人体适应机制。
2025年1月,“珠峰行动计划”的首篇论文在Cell Reports发表。这项成果有什么新发现?采样如何能顺利推进?已获取的数据后续将如何开展研究?
本期,我们与华大生命科学研究院群体基因组学领域首席科学家金鑫、华大生命科学研究院生物技术副研究员刘欢欢、华大生命科学研究院副研究员殷建华、华大生命科学研究院联合培养硕士研究生吕景芝对话,听他们讲述首篇论文发表背后的故事。
问:2022年华大启动“珠峰行动计划”,计划完成系列高海拔山峰攀登,并收集登山者的生物样本和数据。请和我们分享目前计划的实施情况。金鑫:自“珠峰行动计划”启动以来,华大登山队队员们已经挑战了多座雪山。在过去的一年多,他们又挑战包括海拔5000多米的四姑娘山、6000多米的玉珠峰、7000多米的慕士塔格,还有8000多米的卓奥友峰和8848米的珠穆朗玛峰。在这一系列挑战过程中,除了登山相关的环境数据和身体特征数据之外,我们还采用最新技术去收集了一系列生物学样本并进行多组学数据的解析,其中包含免疫、能量代谢、皮肤,还有肠道微生物的变化等多维组学的系统性解析。
问:近日,“珠峰行动计划”的首篇成果在Cell Reports发表,这项研究的发现和背后意义是什么?殷建华:这项研究应该说是第一次利用高海拔攀登过程中登山者的样本,来系统分析攀登过程中人体免疫和代谢的变化,这应该也是首次利用单细胞测序技术进行高海拔登山者免疫系统的系统性分析。这项研究有几个有意思的发现:第一,我们发现在高海拔登山过程中人体的免疫细胞会发生非常显著的变化。在高海拔适应期,T细胞的杀伤性功能会增强,而炎症反应会下降;但在极端高海拔攀登期,人体T细胞的功能会下降,而炎症反应会上升。这是一个非常有意思的现象,对我们后续理解人体在极端条件下的变化非常有意义;另外,我们还发现在登山过程中人体免疫细胞抗氧化的相关基因发生了显著上调,也就是说抗氧化的基因保护了免疫细胞。所以,未来在登山过程中补充与抗氧化相关的营养剂,可能对登山者适应高海拔环境是非常有帮助的。问:这篇文章从数据采集到正式发表的过程中存在什么挑战和难点,是如何克服的?刘欢欢:这项研究所用到的样本属于珠峰行动前期预演的一个山峰,我们需要对采样、样本处理、保存、运输等做一系列预实验。比如当我们要模拟低压、低氧环境,就会进到华大智造的低压氧舱里去进行样本处理的工作;另外,高海拔还有寒冷的问题,我们就在基因库找了冷库,把所有设备都搬进去开展工作,相当于分别模拟。也因为前期做了诸如此类的很多工作,才有后续在攀登过程中样本顺利的处理。吕景芝:在这项研究中,我主要负责多组学数据的分析与挖掘,以及论文撰写等工作。对登山过程中人体的免疫和代谢变化进行了深入的挖掘,具体包括鉴定关键的免疫亚群、基因、功能通路和血浆代谢物等,并解读其生物学意义,以探究登山过程中人体免疫和代谢的变化特征和适应机制。这篇文章是我在研究生期间负责的第一个科研项目。刚开始接触这个项目时,我对高海拔登山运动和单细胞组学都是陌生的。这是我科研入门时需要攀登的第一座高峰,每一步都充满挑战,我需要去不断学习和积累免疫学和代谢方面的基础知识,并熟悉单细胞组学的常用分析方法。此外,由于我之前没有去过高海拔地区,我会经常向具有丰富登山经验的欢欢老师请教,以帮助我更好地理解在高海拔登山不同阶段人体的身体状态和面临的实际困难等。问:针对已经获取的登山数据,后续计划如何开展相关研究?金鑫:我们现在做了一系列准备,希望在目前已完成的免疫组学的数据基础之上,把其他包括代谢组学、表达组学、表观组学,还有微生物组学相关的信息全都融合在一起,而且是把不同山的数据和不同登山队员的数据融合在一起,去寻找其中共同关键的规律,为未来做高原相关的适应研究,以及高原相关登山保障提供宝贵的数据研究资源。刘欢欢:这篇文章给了我们一个强心剂,后续还有几座山峰的数据,目前初稿已经撰写完成,还需要打磨。我们会聚焦其它山峰的数据分析工作,期盼更多的研究成果能够早些和大家见面。也希望成果能帮助到登山者,或是需要去往高海拔的人群。