人体约由37万亿个细胞组成。不同类型细胞通过持续的信息交流和功能协作，共同构建维持生命活动的多细胞生态系统（Multicellular Ecosystem）。这一系统不仅是组织和器官发挥功能的基础，其失衡也与肿瘤、神经退行性疾病等多种重大疾病密切相关。随着单细胞组学和空间组学等技术的快速发展，生命科学正逐步从关注单个细胞迈向解析整个组织系统的协同运行机制，而多细胞生态系统正为理解这一过程提供新的理论框架。近日，北京大学/重庆医科大学张泽民院士团队在Cell Press细胞出版社旗下期刊Trends in Cell Biology发表题为“Multicellular ecosystems: Linking cellular diversity to tissue function and disease”的综述论文。文章系统阐释了多细胞生态系统这一组织生物学研究框架，梳理了解析多细胞协同机制的主要分析方法，总结了健康与疾病中的典型多细胞组织模式，并展望了其在精准医学、肿瘤治疗和再生医学中的应用前景。文章共同第一作者为北京大学石强博士（兼共同通讯作者）、唐非博士和博士研究生陈奕晗。
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从“细胞图谱”迈向“多细胞生态系统”
生命活动并非依赖某一种细胞独立完成，而是不同类型细胞持续分工协作的结果。随着多细胞生物不断演化，各类细胞逐渐形成专业化功能，并通过生化信号、机械力和电信号等多种方式保持动态交流，共同维持组织稳态、协调损伤修复并适应环境变化。这种跨细胞协同贯穿个体发育、组织稳态和疾病发生发展的全过程，是组织功能形成的重要基础（图1）。
过去十余年，单细胞组学、空间组学和多重成像等技术快速发展，使科学家得以前所未有的精度解析组织中的细胞组成。国际人类细胞图谱（Human Cell Atlas）等重大计划不断完善人们对细胞类型和细胞状态的认识，推动生命科学研究迈入“单细胞时代”。然而，仅仅回答“组织中有哪些细胞”，已经不足以解释组织为何能够产生复杂功能。真正决定组织功能的，是不同细胞如何通过持续的信息交流、空间组织和功能分工，共同构建稳定而动态的组织环境。无论是免疫应答、组织修复、神经活动，还是肿瘤发生，本质上都是多种细胞协同作用产生的系统性结果。因此，仅依赖细胞图谱已难以回答组织如何形成、疾病为何发生等关键科学问题。
在“多细胞生态系统”框架下，组织被视为由多种细胞持续相互作用、自组织形成的动态系统。该框架强调，组织功能具有典型的“涌现（Emergence）”特征，即来源于整个细胞群体协调形成的网络，而非单一细胞功能的简单叠加。这一视角实现了组织生物学从“研究细胞”向“研究细胞社会”的重要转变，也为精准医学和再生医学提供了新的研究思路。
▲图1 不同情境下的多细胞生态系统
多细胞生态系统如何解析？
围绕多细胞生态系统，目前主要有三类策略用于解析多细胞协同机制：细胞间通讯分析、空间组织结构解析和多细胞生态系统识别。三类方法分别回答“哪些细胞在交流”“这些细胞位于哪里”以及“哪些细胞共同构成具有特定功能的系统”三个层层递进的问题，共同构建了解析组织运行规律的新分析框架（图2）。
细胞间通讯分析主要利用配体—受体共表达关系推断细胞间的信息传递网络，代表性工具包括CellPhoneDB、CellChat等。这类方法能够快速描绘组织中的通讯网络，但由于依赖已有配体—受体数据库，难以充分刻画复杂的多细胞协同关系。空间组学分析进一步结合细胞邻近关系识别功能性生态位，代表性工具包括CellCharter和NicheCompass等，但仍面临数据稀疏、局部邻域依赖等挑战。
近年来，研究重点进一步从解析“细胞之间如何交流”，发展到识别跨样本、跨组织重复出现的多细胞协同模式。DIALOGUE等方法能够发现不同细胞类型共享的协调基因程序，而CoVarNet、EcoTyper等方法则进一步识别组织中共同变化的多细胞群体，为揭示组织层面的功能模块提供了新的分析手段。这也意味着，组织生物学研究正在由描述单个细胞特征，迈向解析整个组织生态系统的组织原则。
▲图2 多细胞生态系统的研究方法
健康与疾病中的多细胞生态系统
人体健康组织中存在许多典型的多细胞生态系统，例如免疫调控中心、干细胞龛以及神经—免疫通讯网络等。尽管这些结构分布于不同器官，却遵循相似的组织原则。例如，在脾脏和淋巴结中，免疫细胞与基质细胞协同调控抗原呈递和免疫耐受；干细胞龛依赖局部受限的信号精确调控干细胞的自我更新和分化；神经元、胶质细胞与免疫细胞之间形成的双向通讯网络，则共同参与神经修复和组织稳态维持。尽管这些生态系统承担着不同的生理功能，却都体现了组织通过多细胞协同实现稳定运行的共同规律。
当这种协调关系被打破时，多细胞生态系统便会发生重塑，并推动疾病发生发展。以肿瘤为例，其发展不仅源于癌细胞自身的持续增殖，更伴随着整个多细胞生态系统的不断重塑。癌细胞能够重新塑造免疫细胞、成纤维细胞和血管细胞等微环境组分，建立有利于肿瘤生长、免疫逃逸和治疗耐受的新生态系统。三级淋巴结构（TLS）的形成，以及不同癌种中趋同的肿瘤微环境模式，都体现了肿瘤演化过程中多细胞生态系统的动态重构。
类似地，在阿尔茨海默病等神经退行性疾病中，神经元、胶质细胞、血管细胞和免疫细胞之间原有的协调网络逐渐失衡，形成持续放大的异常反馈，最终推动疾病进展。这些研究表明，许多疾病并非源于单一细胞异常，而是整个多细胞生态系统协调失衡的结果。
多细胞生态系统的医学应用前景
除基础研究外，多细胞生态系统研究还具有广阔的应用前景。传统的精准医学主要依据基因突变或单个分子标志物对患者进行分层，而多细胞生态系统则能够综合反映组织整体状态，识别影响疾病进展和治疗反应的关键病理生态位，为患者分型和生物标志物发现提供新的研究思路。这一理念也为疾病治疗带来了新的方向。未来治疗的目标不仅是清除异常细胞，更重要的是恢复正常的多细胞协同网络。通过重塑组织微环境、调控关键细胞通讯网络以及重建功能性生态位，有望恢复组织稳态，获得更加持久的治疗效果。与此同时，在组织工程和类器官研究中，构建包含免疫细胞、血管细胞和基质细胞等多种组分的完整多细胞生态系统，也将成为实现高质量组织再生的重要方向。未来，再生医学不仅需要重建组织中的不同细胞类型，更需要重建它们之间稳定而有序的协同关系。
随着单细胞组学、空间组学、多模态数据融合以及人工智能技术的快速发展，组织生物学正从“描绘细胞图谱”迈向“解析多细胞协同机制”的新阶段。多细胞生态系统不仅为理解组织功能和疾病机制提供了统一的理论框架，也有望推动生命科学从关注单个细胞走向关注整个组织系统，开启组织生物学和精准医学发展的新篇章。
论文作者介绍
张泽民
院士
张泽民，中国科学院院士，重庆医科大学校长，北京大学生物医学前沿创新中心原主任，北京大学生命科学学院讲席教授，北大-清华生命科学联合中心高级研究员。张泽民团队致力于用前沿的生物信息和基因组学来解决癌症生物学中的核心问题，专注于研究肿瘤微环境的底层特征，发现了肿瘤在微环境水平的异质性和潜在规律，推进其在药物疗效预测和靶点发现中的应用。研究成果曾获得北京市自然科学一等奖、中国生命科学十大进展、中国生物信息十大进展（多次）。
▌论文标题：
Multicellular ecosystems: Linking cellular diversity to tissue function and disease
▌论文网址：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0962892426001042
▌DOI：
https://doi.org/10.1016/j.tcb.2026.06.005
原标题：《北京大学/重庆医科大学张泽民院士团队Trends in Cell Biology综述丨多细胞生态系统连接细胞多样性、组织功能与疾病》
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