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）。