細胞世界也有“孟母三遷”上海科學家利用創新技術看清細胞的“社會性”

圖說：中國科學院分子細胞科學卓越創新中心周斌研究員 郜陽 攝

新民晚報訊（記者 郜陽）細胞是組成人體結構和功能的基本單元，細胞間相互作用對於個體生長髮育和器官功能維持至關重要。如何在複雜的體內環境中精準且直觀地揭示細胞間相互作用是科學家們致力解決的技術難題。

中國科學院分子細胞科學卓越創新中心（生物化學與細胞生物學研究所）周斌研究組將合成生物學與遺傳學技術相結合，開發了可以捕捉體內細胞間相互作用並能夠永久追蹤鄰近細胞的創新研究工具——鄰近細胞遺傳學技術，為發育生物學、腫瘤學等眾多領域的研究提供了強大技術支撐。該成果於北京時間今天凌晨線上發表於國際頂級學術期刊《科學》。

細胞“鄰居”相互影響

“孟母三遷”的故事家喻戶曉，孟母多次遷居，是為了給孩子選擇良好的教育環境。人們在社會活動中不斷受到周圍環境的影響，細胞也是如此。據介紹，細胞間通訊通常由蛋白質相互作用介導，例如配體-受體和細胞外基質-受體相互作用。接受訊號的細胞透過內源受體觸發下游訊號轉導，導致轉錄因子活性和基因表達改變，調節細胞形態和功能特徵甚至決定細胞的命運轉變。

近30年來，科學家利用現代遺傳學手段，如遺傳示蹤、組織特異性基因敲除或過表達等技術，研究器官發育、組織再生及疾病發生髮展等過程。但是，當前的遺傳技術基本上是針對特定細胞自身進行細胞或分子水平的操作，如何深入研究細胞與細胞之間的相互作用依然面臨巨大挑戰。因此，亟需建立一種新的遺傳操作技術，實現體內監測與記錄細胞之間相互交流並解析相關細胞的功能及其分子調控機制，這將極大地推動細胞生物學、遺傳學及再生醫學等領域的發展。

新技術看清細胞“搬家”全程

周斌研究員帶領的團隊長期致力於小鼠體內遺傳學技術的開發與應用，他們“十年磨一劍”，開發了鄰近細胞遺傳學技術，在多種組織中實現對相鄰細胞的精準定位和永久示蹤。

研究表明，體內細胞間的空間位置是動態變化的，細胞也會“搬家”，選擇新的“鄰居”和新的“生活環境”。周斌研究組利用新開發的鄰近細胞遺傳學技術，發現心臟中的內皮細胞在早期胚胎髮育過程中會遷移到肝臟。這些內皮細胞在肝臟組織的微環境影響下，會轉變成為肝臟特有的肝血竇內皮細胞。由此可見，細胞間的互作及所處環境對細胞命運和功能轉變至關重要。

細胞間的密切接觸還與各種疾病發生髮展緊密相關。以腫瘤為例，在腫瘤發生過程中，腫瘤細胞招募周圍組織中的血管遷移至腫瘤，受到腫瘤環境影響，與正常血管相比具有顯著差異。研究人員利用鄰近細胞遺傳學技術，直觀展現了不同階段腫瘤細胞和血管內皮細胞間的動態相互作用，並透過長時程追蹤，首次發現腫瘤血管內皮細胞會遷移到腫瘤外包膜。這部分遷移到腫瘤外包膜的血管內皮細胞仍具有典型的轉移和浸潤、促血管生成以及炎症反應等特徵，說明細胞進入新環境後，最初環境賦予細胞的影響可能仍然存在，這為腫瘤的研究治療奠定了一定的理論基礎。

推動細胞互作領域研究

“鄰近細胞遺傳標記技術可以反映細胞之間的實時接觸資訊，提升了細胞間相互作用的研究水平和精度，為發育生物學、幹細胞生物學、免疫學和腫瘤學等眾多領域研究提供了新的研究思路和強大技術支撐，研究組也在相關領域開展了進一步研究。”周斌表示。

在遺傳發育學家、國家蛋白質科學中心 （北京）研究員楊曉看來，該研究建立了一套設計嚴謹、簡易直觀、可調控的鄰近細胞遺傳技術，可以在單細胞水平揭示鄰近細胞的命運及其調控機制。鄰近細胞遺傳學技術的建立，突破了傳統遺傳學手段只能針對細胞自身的侷限，首次實現了體內跨細胞的遺傳學研究，是領域內一項重大技術突破。這一研究成果具有廣泛適用性，勢必推動細胞互作相關科學領域的探索。

中國科學院院士李林表示，科學上重大的進步或發現通常和關鍵技術手段的創新和突破相關，它能使科學家看得更清楚、更透徹。周斌研究員回國後，始終致力於示蹤技術的創新，以打破原有技術的侷限性——事實上，周斌研究員去年剛剛開發了一種可以長時間不間斷捕捉細胞增殖的ProTracer新技術，發現了成體肝臟中新生肝細胞的來源。

“他對科學一直保持著極高的熱情。”《細胞研究》主編李黨生既是周斌的同事，也是好友，“工具不夠精確的時候，會帶來很多似是而非的問題。在這項成果裡，周斌研究組實現了精準標記細胞的‘鄰居’，給相關領域帶來很好的研究工具。希望他今後可以開發出更多更好的新技術，打個比方，就像可以給細胞遷移的完整路徑拍攝高畫質錄影的新技術，未來我們或許就能看清腫瘤細胞是如何一步步‘變壞’的。”

中國科學院分子細胞科學卓越創新中心博士後張少華和副研究員趙歡博士為該論文的共同第一作者，周斌研究員為該論文通訊作者。