细胞发育

据英国《自然》杂志2日发表的一项研究，科学家用人多能干细胞建立了一个模型，可用来研究人类胚胎植入子宫的过程。人胚状体（blastoid）是模拟早期人类胚胎的结构，在研究中能准确再现人类胚胎早期发育的关键阶段，包括黏附在体外子宫细胞上。该模型或有助于推进我们对人类发育早期阶段的认识，以及开发不孕不育的治疗方法或避孕药。　　在受精后的一周内，人类胚胎会形成名为胚泡的细胞团，胚泡会植入子宫壁。准确模拟这一发育阶段的模型能支持对胚胎植入和早期发育的研究。利用干细胞构建胚泡的类似物是一种很有前景的方法，但此前的尝试遇到了瓶颈，比如会形成与胚泡不匹配的细胞。　　此次，奥地利科学院分子生物技术研究所研究人员尼古拉斯利弗隆及其同事，利用人多能干细胞构建了人胚泡样结构（胚状体）。研究团队鉴定出3个信号通路，抑制它们就能得到有效模拟正常胚泡发育（成功率70%）和能形成正确细胞（成功率97%）的胚状体。　　研究报告称，这种人胚状体能在体外特异性地黏附受激素刺激的子宫内膜细胞，让团队能重现直到第13天的围植入期发育过程。　　由于该模型效率高、可扩展潜力大。研究人员认为，这种方法能为人类胚胎植入和发育研究提供重要帮助。　　干细胞可揭示器官的形成机理，但此前这方面的研究，一直难以帮助我们更深入理解发育胚胎。通常来说，科学家试图培养本身没有干细胞的类器官时，都会用到多能干细胞这种更基本的干细胞类型。科学家既可以从人体胚胎中获得多能干细胞，也可将皮肤细胞或血细胞进行重编程进而培养出干细胞，然后诱导它们模仿特定器官的形成。　　不过，这些结构或者说微型器官，通常只复制了真实器官的某些结构和功能而非全部。

p 　　1978年，Schofield首次提出干细胞的微环境定义，并发现局部微环境对造血干细胞干性的维持是必要的。从此，越来越多的研究定义了各种组织的干细胞微环境。然而，干细胞本身是否能作为微环境因素进而影响其子代细胞的发育尚未完全被揭示。在成体神经发生微环境中，成体神经干/前体细胞能够终生产生功能性神经元，参与学习记忆等。成体神经发生过程中，新生神经元能够释放反馈抑制信号来调控神经干细胞的增殖分化以及命运决定。然而，神经干细胞是否能够调控新生神经元的发育尚不清楚。 /p p 　　中国科学院遗传与发育生物学研究所郭伟翔研究组，通过细胞清除，反转录病毒介导的单细胞标记以及信号通路调节等实验手段，发现神经干细胞可以持续提供Pleiotrophin (PTN) 配体促进其子代新生神经元发育。若没有此前馈作用，新生神经元树突会发育异常。进一步研究发现，PTN主要通过作用新生神经元上的ALK受体，从而激活AKT信号通路来促进海马新生神经元的发育。 /p p 　　随着年龄的衰老，神经干细胞的数量逐渐减少，并且新生神经元也随之呈现出发育的异常。更为重要的是，该研究发现PTN的表达水平以及其介导的AKT信号通路的活性都随着年龄的增加而下降。然而，通过外援供给PTN或者激活AKT信号能够改善衰老所导致的新生神经元发育的缺陷。这一结果提示在成体神经发生微环境中，缺乏神经干细胞源性PTN因子可能是导致认知能力随着衰老的增长而衰退的原因之一。 /p p 　　该成果于11月27日在线发表于神经科学期刊Neuron上。郭伟翔组博士研究生汤常永为该论文第一作者，郭伟翔为通讯作者。该研究得到遗传发育所研究员吴青峰在生物信息学分析以及实验设计上的帮助，军事医学科学院崔亚雄在脑组织切片染色上给予了很大帮助。该研究得到中科院先导、国家自然科学基金委和中组部青年千人计划的资助。 /p p 原文链接： /p p a title=" https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0896627318309590?via%3Dihub" href=" https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0896627318309590?via%3Dihub" target=" _blank" https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0896627318309590?via%3Dihub /a /p p style=" text-align: center " img title=" W020181127437669067284.jpg" alt=" W020181127437669067284.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/3fff90be-98cf-4b57-8cc3-b274f31e0e42.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　神经干细胞分泌PTN促进其子代新生神经元发育 /p p & nbsp /p

从解剖学角度来看，大脑可以被细分为多个特定区域，包括新皮层（neocortex）。大脑皮层是高级认知的中枢，是人类进化过程中大脑中扩张和多样化最多的区域。早期的大脑分区和皮层分区是由形态发生梯度（morphogenetic gradient）引导建立的【1-2】，但随着发育进程的展开，这些早期模式如何产生更加精细更加离散的空间差异目前还不是很清楚【3】。大脑皮层的发育过程已被研究了一个多世纪，历史上科学家通过每次只观察一种细胞类型，研究少量的基因，随后逐步拼接整个发育事件来进行探索。但我们必须意识到，大脑在同一时间并不是只产生一种细胞类型，而是数百种细胞类型一起发生发展，就像交响乐一样美妙且复杂。随着单细胞和空间转录组学的出现和发展，结合大数据分析，我们已经能够去探究神经发育这支交响乐中所隐藏的规律。2021年10月6日，来自美国加州大学的Arnold R. Kriegstein团队在Nature杂志上在线发表了题为An atlas of cortical arealization identifies dynamic molecular signatures的研究论文。该研究利用单细胞测序研究了神经发育和早期胶质生成阶段10个主要的脑区和6个新皮层区域，揭示了不同皮层区域不同细胞纵向发育的分子图谱。绘制人类大脑发育图谱 为了描绘大脑发育过程中不同脑区及皮质区域的细胞多样性，作者收集了妊娠中期（怀孕3-6个月，神经发育高峰期）的大脑组织，随后进行为分割（大脑细分后的区域称为“regions”，皮层细分后的区域称为“areas”）和单细胞转录测序（图1）。作者从13个个体中拿到了10个脑区（主要是前脑、中脑和后脑）样本及6个新皮层区域样本（prefrontal cortex（PFC）, motor, somatosensory, parietal, temporal 和primary visual（V1）皮层），最终获得了698,820个高质量的单细胞数据。通过UMPA（uniform manifold approximation and projection，新的降维技术，用于数据可视化和探索）分析，作者发现了预期的细胞类群（包括excitatory neurons，intermediate progenitor cells（IPCs），radial glia等）。数据表明，在整个大脑中，细胞类型是产生区域分化隔离的主要因素。区域特定基因分析显示，一些区域特异性基因存在于同一区域中的多个细胞类型中，说明某些区域性表达基因特征在细胞类型中具有高度渗透性。图1. 测序样本收集示意图新皮质中的细胞类型 已有研究表明新皮质包括几十个专门从事认知过程的功能区【4】。V1和PFC中的神经元在出生后就完全不同【5】，而其他的细胞类型并没有展示出明显的区域特异性差异。为了进一步扩展已有的研究，作者对来自于特定皮层区域的单细胞进行测序分析，获得了387,141个高质量的单细胞数据。通过分析，作者发现了预期的细胞类型，包括Cajal-Retzius neurons, dividing cells, excitatory neurons等。随后，按细胞类型进行分层聚类得到了138个新皮质细胞群，其中104个细胞群是由来自多个皮层区域的细胞组成的。动态区域性基因特征 为了探究新皮质发育过程中的细胞区域性差异，作者在皮质不同区域的兴奋性谱系中（radial glial (RG), IPCs和excitatory neurons）寻找每个细胞类型中的差异表达基因，同时通过检测已知的区域特异性基因的表达来评估皮质区域划分的可靠性。作者构建了星座图来探索不同皮质区域细胞类型之间的关系：RG节点主要在同细胞类型之间相互连接；IPC与兴奋神经元之间存在相互连接；PFC 和 V1 细胞类型节点之间没有连接，说明这两个基因表达模式之间相互排斥。在每一组区域标记基因中，作者鉴定了编码转录因子的基因，这些转录因子在特定区域的细胞中大量富集。其中包括一些在区域化过程中功能已知的转录因子，例如NR2F1和BCL11A，这两个基因都与神经发育疾病相关【6】。作者还发现一些与皮层区域化不相关的转录因子：在V1中，包括NF1A, NF1B和NF1X，它们是大脑发育的重要调节因子，与大头症和认知障碍有关【7】；ZBTB18, 大脑扩张驱动因子，与神经元分化和皮层迁移有关；在PFC中，包括HMGB2和HMGB3，它们在发育的不同阶段在神经干细胞中差异性表达，是神经分化的关键性调节因子，但它们在皮层区域化的过程中的功能未被研究和报道。原位杂交验证候选标志物 上述单细胞数据揭示了人类大脑发育过程中皮层的6个不同区域内细胞类型的多样性和转录谱。接下来，作者选择了兴奋神经元簇的候选标记基因进行验证，采用单分子荧光原位杂交（single-molecule fluorescent in situ hybridization, (smFISH)）量化了20个样本中（来自4个皮质区域）31个RNA转录本的表达情况（图2）。与之前的报道一致，神经基因SATB2和BCL11B呈现区域动态性表达：他们在frontal区域共表达，但在occipital区域相互排斥。通过分析所有的区域，作者找到了新的亚细胞群标志物候选基因：NEFL, SERPINI1和NR4A1。这三个基因在PFC, somatosensory, temporal和V1皮层细胞中的表达量基本相等，但是它们相对的空间位置发生巨大改变：NEFL, SERPINI1和NR4A1在PFC中共表达，但在其他区域中相互排斥；在somatosensory皮层中，这些标记基因主要表达在上层分子层中。图2. 自动化空间RNA转录检测流程综上所述，该研究对新皮质区域不同细胞类型的基因表达特征提供了细致的理解。作者发现：(1) 在主要的大脑结构中，区域特征在不同的细胞类型中非常普遍；(2) 新皮质中的区域特征非常特殊，受限于单个细胞类型；(3) 除了细胞类型特征外，细胞的发育阶段（即妊娠周）是基因表达特征组合的有力决定因素。这些发现表明，区域特异性基因表达特征的动态变化速度非常快，而且是细胞类型特异性的（图3），这与之前的理论似乎不太一致，在以前认知中，基因表达模式通常被认为是一旦建立就会持续存在。通过绘制大脑发育过程中的基因表达图谱，研究人员对大脑皮层是如何形成有了更好的理解，有助于探索大脑皮层是如何在神经发育疾病中受到影响的。图3. 发育过程中皮层区域化模式图原文链接:https://doi.org/10.1038/s41586-021-03910-8

据日本科学技术振兴机构（JST）网站消息，大阪大学蛋白质研究所、东京都健康安全研究中心等机构的科研人员共同组成的研究团队发现胚胎母体体温控制与胚胎神经细胞发育之间的关联。该项研究成果近期发表在《Nano Letters》,题为：“Microscopic temperature control reveals cooperative regulation of actin–myosin interaction by drebrin E”。　　神经细胞轴突的前端是决定轴突生长导向的生长锥（growth cone），其中含有肌球蛋白（myosin）、肌动蛋白丝(actin filament)和胚胎型脑发育调节蛋白（drebrin E）。前期研究表明，肌球蛋白和肌动蛋白丝相互作用决定细胞的形态，而drebrin E抑制两者的相互作用。在动物胚胎成长初期，随着神经细胞的发育成熟，drebrin E的浓度逐渐降低。但是，在接近体温的温度下，drebrin E的浓度变化对肌球蛋白和肌动蛋白丝相互作用的影响尚不明确。　　此次，科研人员着眼于动物胚胎神经细胞中的蛋白质以及温度对蛋白质间相互作用的影响，运用上述三种蛋白质，在人工环境下再现细胞内部的现象。科研人员运用局部热脉冲法进行实验，克服了肌球蛋白因加热而失去活性的技术难题，实验显示，在室温的情况下，drebrin E会阻碍肌球蛋白和肌动蛋白丝的相互作用，与前期研究一致。此外，科研人员发现温度在37度且drebrin E浓度在活体浓度范围内的情况下，drebrin E浓度的些许变化便可影响肌球蛋白和肌动蛋白丝相互作用的强弱，通过调节drebrin E的浓度可以有效控制相互作用的强弱。但是，如果温度低1度，即便大幅改变drebrin E的浓度，相互作用的强弱也无法出现相应的变化。　　研究显示，drebrin E的浓度变化对肌球蛋白和肌动蛋白丝相互作用强弱的调控仅在生理温度下有效，即使周围环境温度发生变化，只要胚胎母体体温控制在37度左右，胚胎神经细胞就可正常发育，揭示了母体体温精准控制对于神经细胞正常发育的重要性。 　　原文链接：　　https://www.jst.go.jp/pr/announce/20211109/index.html

style type=" text/css" .TRS_Editor P{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor DIV{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TD{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TH{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor SPAN{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor FONT{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor UL{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor LI{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor A{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt } /style style type=" text/css" .TRS_Editor P{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor DIV{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TD{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TH{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor SPAN{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor FONT{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor UL{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor LI{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor A{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt } /style p 　　近日，中国科学院北京基因组研究所精准基因组医学重点实验室王前飞研究组，与美国约翰霍普金斯大学医学院教授程临钊合作，揭示了 em NOTCH4 /em 作为转录因子RUNX1的靶基因调控体外巨核细胞发育，并筛选出可促进体外巨核细胞再生的小分子抑制剂。该研究找到了体外巨核细胞再生的新靶点，并提出利用罕见病寻找再生靶点的新思路，相关研究成果发表在 em Blood /em 杂志上。此外，新靶点NOTCH4及其抑制剂的医药用途已申请国内及国际专利。 /p p 　　巨核细胞（MK）是骨髓中高度多倍体化且高效生成血小板的重要细胞，而血小板在止血、伤口愈合以及维持机体稳态等过程中具有重要作用。转录因子RUNX1单等位基因胚系突变会引起MK发育障碍和血小板减少的家族性血小板疾病（FPD），但具体机制尚不清楚。程临钊前期研究工作发现，利用FPD病人来源的多能干细胞（hiPSCs）体外模型可重现病人表型，而通过基因打靶修复 em RUNX1 /em 突变后可恢复其巨核细胞的生成能力。 /p p 　　为揭示FPD巨核发育障碍和血小板减少的发病机制，促进体外巨核细胞/血小板再生，王前飞研究组利用疾病干细胞体外模型结合功能基因组学，找到了一系列受RUNX1调控并对巨核细胞生成具有重要作用的靶基因和通路。研究首次揭示 em NOTCH4 /em 作为转录因子RUNX1的直接靶基因，负向调控体外巨核细胞发育；并筛选出Notch通路的小分子抑制剂，使得从多能干细胞和脐血来源的造血干祖细胞，生成巨核细胞的产量提高近十倍。该研究成果有望应用于临床输注，治疗包括血小板减少症、肿瘤化疗后、手术外伤出血等在内的多种凝血功能障碍疾病，具有较高的科学意义和临床价值。 /p p 　　研究工作获得了中科院国际合作局对外合作重点项目、自然科学基金委、中科院青年创新促进会、中科院王宽诚教育基金会等的资助。 /p p br/ /p p style=" text-align:center " img alt=" " oldsrc=" W020171108585863114385.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/uepic/a1c35c81-e1de-405a-ba9f-de92cec28fe9.jpg" uploadpic=" W020171108585863114385.jpg" / /p p style=" text-align: center " 新靶点可促进体外巨核细胞再生 /p

大多数人类疾病实质上是细胞故障的产物。但要了解细胞的哪些部分出错会导致疾病，科学家首先需要对细胞有完整的了解。美国加州大学圣地亚哥分校医学院的研究人员及其合作者在24日发表于《自然》杂志上的论文中，介绍了尺度集成细胞（MuSIC）技术，这是一种结合了显微镜、生物化学和人工智能的技术，揭示了以前未知的细胞成分，为人类发育和疾病提供新线索。　　“如果你想象一个细胞，你可能会在细胞生物学课本上画出五颜六色的图，上面有线粒体、内质网和细胞核。但你以为这就结束了吗？绝对不是。”美国加州大学圣地亚哥分校医学院和摩斯癌症中心教授特雷依德克博士说，“科学家们早就意识到这点了，但现在我们终于有办法更深入地进行研究了。”　　在这项初步研究中，MuSIC揭示了人类肾脏细胞系中包含的大约70种成分，其中一半是我们以前从未见过的。研究还确定了一种新的结合RNA的蛋白质复合物。该复合物可能参与重要的细胞剪接机制，这一机制使基因能够翻译成蛋白质，并帮助确定哪些基因在哪些时间被激活。　　MuSIC技术的不同之处在于，首次将不同尺度的测量结果结合在一起，利用深度学习直接从细胞显微镜图像绘制细胞图谱。　　通过显微镜成像，研究人员将各种颜色的荧光标记添加到被研究的蛋白质上，并跟踪它们在显微镜视野中的运动和生物物理关联。　　科学家可以利用显微镜看到1微米尺度的物体，这大约是一些细胞器（如线粒体）的大小。更小的元素，比如单个蛋白质和蛋白质复合物无法通过显微镜看到，而生物化学技术使科学家能够深入观察到纳米尺度。　　此外，该团队训练了MuSIC人工智能平台来查看所有数据并构建细胞模型。然而，它还没有像教科书图表那样将每一部分内容映射到特定的位置，部分原因是细胞内结构的位置会变化。　　依德克指出，这是一项测试MuSIC的试点研究。他们只研究了661种蛋白质和一种细胞类型。下一步是研究所有人类细胞，再过渡到不同的细胞类型和物种。最终，通过比较健康细胞和患病细胞的不同之处，或许能够更好地理解疾病的分子基础。

2023年2月，中科院遗传发育所、中科脂典的相关研究人员在《Trends in Analytical Chemistry》(IF: 14.9)上发表了题为“Embracing Lipidomics at Single-cell Resolution: Promises and Pitfalls”的综述文章，总结了单细胞脂质组学当前的技术进展和瓶颈，讨论了在单细胞水平分析脂质的独特技术挑战(特别是准确的脂质鉴定和定量的重要性)，并例举了单细胞脂质组学在生物学和临床医学中的潜在应用。(中科院遗传发育所王泽华博士和曹明君博士为本文的第一作者，中科院遗传发育所税光厚研究员和中科脂典技术总监Sin Man Lam博士为本文的共同通讯作者。)　　1、引言　　脂质作为细胞膜和细胞内细胞器(如脂滴)的主要组成部分，发挥着一系列复杂的生物物理、能量储存和信号传导功能，这些功能是细胞机制正常运转的基础。脂质代谢失调涉及多种主要疾病，包括糖尿病、心血管疾病、代谢相关性脂肪肝(MAFLD)、癌症、神经退行性疾病、传染病等。近几十年来，随着脂质组学的蓬勃发展以及分析工具/技术的改进，脂质的结构和生物学复杂性才开始被解开。　　质谱(MS)是广泛用于脂质组学领域的主要分析技术，相对于其它方法，它具有更高的灵敏度、更大的选择性、更强的稳定性和更高的特异性。质谱仪的快速发展，伴随着软件和数据库的进步，使得来自不同生物样本的各种生物液体(血浆、血清、尿液、唾液、泪液、痰等)、组织和亚细胞器中的脂质能够以前所未有的分辨率进行表征。脂质组覆盖范围的扩大极大地促进了疾病生物标志物的识别、表型验证以及假设的产生，并在脂质数据分析中提出了可能的系统方法，包括功能脂质模块的构建和脂质通路分析。　　脂质组学的典型工作流程和应用　　经典的脂质组学给出了构成生物样本的不同细胞群的“平均”图谱，这通常需要一个器官的代表性组织样本，使得最终构建的图谱能够反映一般的生物状态。然而，取一个有代表性的组织切片，忽略了脂质的空间分布，而脂质的空间分布往往具有重要的生物学意义。例如，该研究团队先前对金线鲃属洞穴鱼和地表鱼全脑切片的定量脂质组学研究发现，洞穴鱼中的硫苷脂(髓鞘的主要脂质成分)普遍减少。基质辅助激光解吸电离(MALDI)质谱成像(MSI)进一步揭示了洞穴鱼硫苷脂缺失的区域与中缝5-羟色胺能神经元的位置相对应。因此，金线鲃个体大脑脂质的空间分布图谱有助于证明5-羟色胺能神经元的脱髓鞘是洞穴鱼攻击性行为丧失的基础。　　随着光学成像和细胞内电生理学的技术创新，人们得以在单细胞分辨率下深入研究组织的生物结构，细胞异质性的普遍性变得明显起来。单个细胞与邻近细胞以及它们的原生微环境动态地相互作用和交流，最终影响由不同的单细胞脂质组(和代谢组)所反映的细胞内生物化学状态。事实上，早期组学的单细胞革命揭示了细胞异质性在无数生物环境中的普遍性。例如，单细胞蛋白质组学揭示了循环系统中肿瘤细胞表面蛋白在单细胞水平的异质表达，这些蛋白预测了对药物治疗的不同细胞反应，而随着疾病的进展，患者体内这些相同蛋白的平均表达并不能确定真正的治疗效果。在这篇综述中，作者讨论了单细胞水平的脂质组学革命如何从早期的组学开始，揭示细胞内以脂质为中心的见解，以及其潜在的应用和独特的技术挑战。　　2、单细胞脂质组学的新兴技术　　与单细胞基因组学和单细胞转录组学相比，单细胞脂质组学(和代谢组学)提供了最接近实际表型的数据信息。脂质组学与代谢组学的区别主要在于其关注非极性疏水代谢物，这些代谢物需要不同的提取和分析方案(例如需要不同的溶剂系统)。与信号可以扩增数百万倍的单细胞转录组学不同，高灵敏度对于单细胞脂质组学至关重要。此外，脂质在细胞内和细胞外的不同作用使细胞脂质组具有动态性和多功能性，这需要在采样时极度谨慎和快速，以便收集的细胞能够反映其原始状态。　　2.1 单细胞的取样　　经典脂质组学侧重于批量分析，以最小化组内的异质性，而单细胞脂质组学则侧重细胞间的差异。因此，收集技术应努力保持细胞异质性，并尽量减少来自邻近细胞和细胞外基质的污染。许多现有的样品处理或细胞分离策略可以扩展到单细胞脂质组学的采样中，包括膜片钳、微量移液、流式细胞荧光分选(FACS)和微流控单细胞阵列等。这些采样技术有其独特的优势和技术瓶颈，应根据组织或细胞类型的性质以及要解决的生物学问题逐案考虑选择。例如，倾向于成团粘附和/或对操纵敏感的细胞在采样过程中可能表现出较高的细胞死亡率，这会混淆数据并导致生物学错误解读。通常，非粘附细胞，如循环中的各种类型的血细胞，更易于进行高通量单细胞处理。组织的细胞外基质(ECM)的组成以及细胞分布各不相同，因此需要获得单分散细胞的优化方案，例如机械切割、酶解或这些方法的组合。特别是，与正常组织相比，病变组织(例如纤维化组织)可能具有明显不同的解离动力学，因此，优化分离方法以确保收集单分散、完整和有活力的细胞用于单细胞脂质组分析是非常重要的。　　膜片钳通常用于研究神经元、肌肉纤维和心肌细胞等易兴奋细胞，其优势是在相对原生状态下对细胞进行采样，通常来自新鲜的组织切片。然而，在膜片钳辅助的单细胞脂质组学分析中，在不破坏细胞膜的情况下分离完整的细胞是特别具有挑战性的。例如，使用膜片钳从灌注的小鼠大脑切片中捕获单个神经元细胞体不能完全保存轴突和相关终端的完整性，这可能会影响所得到的单个神经元脂质组数据。考虑到质膜是单细胞脂质组的重要组成部分，在单细胞分离过程中对质膜的损伤对单细胞脂质组分析尤为不利。此外，细胞损伤可能触发膜修复过程，这改变了原生细胞脂质组的特征，并混淆了下游分析。　　如果谨慎操作，精密微量移液管可以获得完整的细胞，但它的低通量低且相对耗时，因此更适合于感兴趣的稀有细胞类型的取样。　　FACS可将具有不同表型的单个细胞(由特定蛋白质(抗体)的荧光强度定义)排序到用户预定义的特定血管和缓冲液中，以实现相对高通量的单细胞分离，该方法错误率较低(低于1/100)，且细胞质膜通常保持完整。FACS的一个主要缺点是需要大量的细胞(超过10,000个)，因此不适合分离数量少的稀有细胞类型。悬浮细胞的要求也意味着细胞在采集样品之前不处于其原始状态，单个细胞的空间位置丢失。如果使用非质膜荧光标记物来标记细胞，则需要验证瞬时孔形成对特定质膜脂质和细胞内代谢产物的影响。　　微流控装置包括使用阀门、油滴或纳米管对单个细胞进行微型分隔。基于液滴的策略可能不适合单细胞脂质组学，如果单个细胞的包封是在油滴中完成的，这干扰了下游的脂质分析。油包裹的水滴为下游单细胞脂质组学提供了更好的选择，但是在去除油相期间需要谨慎，以获得相对清洁的液滴内细胞提取物用于下游分析。虽然微流控芯片的处理量高，对原料数量的要求较低，但其后的样本处理通常是在现场进行，这限制了 MS 在选择脂质提取方案进行下游分析时的灵活性。此外，有效的脂质提取需要使用有机溶剂，例如氯仿和甲基叔丁基醚(MTBE) ，这些溶剂与大部分用于制造纳米芯片的塑料材料不太相容。　　基于探针的电喷雾电离(ESI)也经常用于单细胞采样，这涉及使用直径足够小的探针尖端以插入单细胞(~3-9μm)。提取溶剂连续输送以进行原位代谢物提取，随后将提取物引导到质谱仪中进行直接分析。然而，这种取样策略不能确保每个细胞的完整质膜被输送到下游分析。质膜包括全细胞中一半的磷脂和90%的总胆固醇和鞘磷脂含量，基于探针的采样可能会导致单细胞脂质组学的大量信号损失。　　与限制脂质提取程序选择的微流控芯片和基于探针的取样相比，激光捕获显微切割在为下游分析选择样品处理方案方面有更高的灵活性。微解剖的单细胞的空间信息被保留。然而，该方法事先必需用福尔马林或乙醇固定细胞，以确保在显微切割过程中划定单细胞边界时的形态清晰度，而在此过程中脂质和小分子代谢物会大量丢失。此外，即使事先固定，整个细胞的完整性也往往得不到保留，这也使得这种技术不太适合收集单细胞用于下游的脂质组学研究。　　无论采用何种细胞采集策略，采集后都应立即对分离的单个细胞进行淬灭和灭活，以停止酶活性并尽量减少细胞脂质的人为改变。　　　　单细胞脂质组学技术　　2.2 单细胞脂质的获取　　拉曼光谱具有非破坏性和非侵入性的优点，允许进行原位分析，在捕获单个细胞在其自然状态下的脂质方面具有优势，但其无法在分子水平上破译精确的脂质结构，这大大限制了其脂质覆盖范围。而MS由于在区分脂质异构体方面的卓越灵敏度和特异性，已成为单细胞脂质组学中的主要分析技术。除了结构解析，基于MS的方法还允许检查单个细胞内的空间和亚细胞脂质定位，如通过C60二次离子质谱(SIMS)分析海蜗牛Aplysia单个神经元上脂质的异质性分布。尽管与 MALDI-MS 相比，SIMS 的灵敏度较低，但其能够获得亚微米的横向分辨率，由于探针尺寸的限制，其横向分辨率限制在10μm。利用簇离子源的SIMS技术还具有更柔和的电离动力学，有助于检测完整形态的脂质，空间分辨率通常在100nm至1µm之间。　　在各种基于MS的技术中，MSI方法在取样细胞的原生微环境方面具有选择性优势，并能保留对生物推断有用的空间信息。目前已经开发了图像引导的单细胞器MALDI-MSI，用以比较来自Aplysia的致密核心囊泡和透明囊泡中脂质含量差异。尽管 MALDI-MSI 具有诸多优点，但是它存在共采样的缺点，即从相邻的细胞产生混淆信号。一些脂质对 MS 扫描过程中可能出现的环境干扰很敏感，通常需要至少一个小时或更长时间才能完成组织切片的检查。此外，MALDI-MSI 单细胞分析也容易因离子抑制而降低灵敏度。最后，精确的脂质定量仍然是 MSI 方法中的一个主要技术挑战，因为同位素内标与内源性脂质均匀混合以进行标准化在技术上是具有挑战性的。　　荧光成像在灵敏度以及空间/时间分辨率方面优于基于MS的方法，使其在单细胞成像中具有潜在的用途。然而，基于荧光的技术在单细胞脂质组学中的应用受到其脂质组覆盖范围的限制。在自然界中很少有脂质和小分子代谢物表现出自身荧光，这就需要使用荧光探针。与基于MS的方法不同，亲脂性染料通常可以标记特定的某一类脂质，但无法区分同一类脂质中具有不同酰基链组成的单个脂质种类，或不同的脂质异构体。另一方面，脂质的荧光标记极大地改变了脂质的生化性质，如有些脂质被优先分配到不同的膜微区中，而与荧光基团是在头基还是酰基链上引入无关。因此，目前的脂质荧光染料缺乏特异性，这限制了荧光光学成像在单细胞脂质组学中的更广泛应用。　　虽然单细胞取样和基于质谱的技术革新已经实现了单细胞脂质组学分析的可能性，但仍存在一些技术瓶颈，包括：脂质覆盖面相对较窄(通常只有不到一百个具有高置信度的脂质) 缺乏准确的结构鉴定 缺乏可靠的定量数据 以及对单细胞水平的分析可重复性验证不足。为了解决这些技术瓶颈并推动该领域的发展，必须采用新技术来更好地描述细胞的异质性，并以更高的精度和更大的定量准确性来阐明其生物学意义。　　3、单细胞脂质组学的技术瓶颈　　3.1 迫切需要高覆盖率、准确的识别和定量测量　　单细胞脂质组学的一个最终目标是构建单个细胞的精确脂质组图谱，以揭示细胞间的差异。即使在对大量的生物样本进行研究的经典的脂质组学中，与转录组水平的变化相比，具有生物学意义的脂质水平的定量变化通常较小。这使得准确的定量对于解读单细胞水平上微妙但有意义的脂质变化尤为重要。单细胞脂质组学的定量也具有相当大的挑战性，因为脂质的内源丰度会有很大的变化。一个细胞中内源性脂质的高动态范围意味着，在一个特定的样品浓度下，不是所有的脂质都能落入质谱检测器的线性范围。虽然这在大部分脂质组学中通常通过在另一个样品浓度下的额外进样检测来解决，但这又为单细胞脂质组学增加了另一个难度，因为来自单细胞的样品材料数量往往是有限的。内源性脂质丰度的巨大差异也需要色谱系统从其内源性丰富的对应物中有效分离微量脂质，以尽量减少离子抑制，提高次要脂质物种的敏感性，并扩大分析物的覆盖范围。重要的是，为了在单细胞脂质组学中进行准确的脂质定量，应加入稳定的同位素内标。如果没有适当的内标来归一化内源性信号，校正来自不同类别的脂质或携带不同酰基链的同一类别脂质的离子响应变化，产生的单细胞脂质组数据很容易出现错误。　　基因组几乎整个区域都可以测序和注释，而仅基于MS/MS数据却很难最大限度地确定高置信度的脂质结构。这一瓶颈部分是由于自然界中脂质结构异构体的广泛存在，其中一些异构体在缺乏专门的预处理(如化学衍生)的情况下很难分离。例如，单个TAG的甘油主链被酯化为三个脂肪酰基链，从而为每个分子式产生无数脂肪酰基链组合。此外，不同脂质类别的结构异构物可能会使脂质鉴定过程更加复杂，例如双(单酰基甘油)磷酸酯(BMP)和磷脂酰甘油(PG)，以及半乳糖神经酰胺(GalCer)和葡萄糖神经酰胺(GluCer)等。幸运的是，这些结构异构体中的一些物质在色谱上是可区分的。因此，适当的前期色谱分离的应用极大地促进了某些脂质结构异构体的准确识别和定量，从而实现了更大的脂质覆盖。　　虽然脂质组学是组学家族中一个较年轻的分支，但在过去二十年中，它的发展速度很快。基于常规高效或超高效液相色谱(流速为100-1000μL/min)并结合质谱(HPLC/UPLC-MS)的各种经典脂质组学方法已被开发用于多种生物样品。近年来，基于微流量(流速为10-100μL/min)的LC-MS方法获得了更高的灵敏度，并能够以更少的起始材料(例如≈20-1000个细胞)实现全面的脂质代谢。可以想象，通过减小柱直径和流速进一步缩小色谱分离的规模可以提高分析物浓度，从而提高检测灵敏度。因此，基于纳米流(即流速1μL/min)的超灵敏脂质组学方法有望在单个细胞内实现亚微米级的脂质检测和定量。然而，迄今为止报道的纳米流方法的脂质覆盖率仍然相对较低，通常只覆盖一到两个主要类别的脂质，如PCs、PEs和/或TAGs，或者没有适当的结构标识。仅基于一级质谱分析的分子式水平的结构鉴定会导致不准确和低灵敏度，这极大地影响了单细胞脂质组学的分析范围和质量。因此，在单细胞脂质组学能够在基础生物学和转化医学中发挥更大作用之前，通过精确的结构鉴定和精确的定量分析来扩大脂质的有效分析范围是必不可少的。离子迁移率-质谱仪在脂质鉴定中的应用将碰撞截面(CCS)引入到脂类鉴定中，增加了m/z、保留时间和MS/MS谱图上的另一个维度的信息，有望增强单细胞脂质结构鉴定的可信度。　　目前，单细胞脂质组学方法大多是低通量的，因此，与早期的单细胞组学研究相比，通常分析的细胞种类要少得多。鉴于与基因组/转录组相比，细胞脂质组的生物学动态范围要大得多，因此，在单细胞脂质组学实现更大速度和更高容量分析之前，建立健全可重复的方法、设定正确的技术基准和构建可靠的单细胞参考脂质组数据库至关重要。　　　　基于LC-MS的单细胞脂质组学的不同模式　　3.2 数据分析　　正确分析大型数据集是从各种组学技术中收集有用的生物学见解的先决条件。由于单细胞脂质组学仅处于发展的早期阶段，尚未建立系统的数据分析体系。针对海量数据定制的方法通常不直接适用于单细胞数据。这是因为大量数据分析中的分布假设经常不成立，原因是单细胞数据集拥有更高的噪声和稀疏度，存在固有的额外异质性。目前，单细胞脂质组学的出现在某种程度上加剧了在分析和解释脂质组学数据方面的瓶颈。鉴于目前在单细胞脂质组学中脂质覆盖方面的局限性，在单细胞脂组学分析中收集生物学相关的途径改变之前，需要在单细胞脂肪组学的采集和数据分析方面进行长期努力。　　4、单细胞脂质组学的生物学和转化前景　　在过去的十年里，由于分析化学的技术创新和各种组学技术的出现，生物化学从传统的系综测量转向单分子测量。传统的集合分析可能导致静态异质性，当分子集合包含在观察期内保持稳定或变化不够快的亚群体时，就会出现这种异质性，从而导致“没有明显变化”的误导性结论。生物事件的平均分析数据不会捕捉到与整体行为不同的分子。同样，在任何细胞群体中，细胞间的差异总是不同程度的存在，基于整个群体的批量测量不能完全描述单个细胞的完整表型。通过在种群和单细胞水平上同时进行表型分析，可以破译潜在的有意义的生物学偏差，从而为很多生物学问题提供新的研究方向。　　4.1 发育与细胞谱系追踪　　多细胞生物体从一个受精卵发育成一个由不同细胞类型和器官系统组成的复杂组织，整个过程被记录在细胞谱系树中，它概述了在发展成多细胞生物体的过程中，从单个母细胞到其不同分支后代的细胞转换。目前已经开发了各种工具来构建单个生物体的细胞谱系树，但大多局限于绘制有限数量的克隆种群。细胞谱系树对于科学家解开生命的错综复杂的工程，以及加深我们对生物体发育、器官生成以及疾病进展和发病的理解非常重要。通过拼凑生物体内单个细胞的发育轨迹，单细胞谱系追踪以前所未有的细节捕捉到整个发育过程中不同的细胞命运，这扩展了我们对细胞分化机制、细胞异质性以及细胞间发育潜力差异的理解。　　考虑到生物体的单个细胞携带着由DNA编码的相同的遗传物质，人们通常认为不同的细胞命运是由单个细胞中基因在空间和时间上的差异表达决定的。虽然乍一看，与单细胞转录组学相比，单细胞脂质组学与单细胞谱系追踪的相关性可能不那么直观，但许多科学证据阐明了脂质代谢在决定细胞命运中的作用。例如，脂肪酸氧化产生的乙酰COA是组蛋白乙酰化的前体，组蛋白乙酰化改变染色质结构，从而调节DNA对转录机制的可及性。在不对称细胞分裂过程中，脂筏(富含胆固醇的膜微域)的不对称遗传也被认为是胶质母细胞瘤子细胞不同治疗耐药的基础。真皮成纤维细胞中存在由不同种类的鞘磷脂组成的不同的脂类构型，这触发了不同的转录程序，进而驱动细胞间异质性的不同细胞状态的建立(例如，纤维形成或增殖)。因此，单细胞脂质组学可以增加另一个维度的有用信息，以识别不同细胞命运的分子控制。　　4.2 了解肿瘤异质性　　构成肿瘤块的细胞是异质性的，在基因表达、细胞代谢、运动性、增殖率以及转移潜能方面具有不同的形态和表型特征。这种现象被称为肿瘤内异质性，它延伸到不同的肿瘤(即肿瘤间异质性)，可由遗传和非遗传因素共同引起。肿瘤的异质性可能在一定程度上解释了为什么癌症在临床上仍然难以攻克。研究肿瘤的异质性，特别是增殖能力和转移的来源，将有助于确定新的治疗靶点，以及指导免疫治疗和药物筛选。细胞间脂质代谢的差异对各种癌症的生长和预后有重要影响，如单个胰腺导管肾上腺癌细胞的脂质组学分析观察到胰腺癌特异性脂质代谢失调，这可能是由于介导脂质合成的关键酶ATP柠檬酸裂解酶表达减少所致。单细胞脂组学在加深我们对肿瘤异质性的理解方面有很大的希望。　　4.3 剖析对疾病的免疫反应　　除癌症外，传染病和新陈代谢疾病也是对公众健康的主要威胁。哺乳动物的免疫系统保护宿主免受各种病原体的入侵。构成宿主免疫系统的免疫细胞表现出巨大的细胞多样性，可以根据各种刺激进行动态调整。例如，对不同严重程度的新冠肺炎患者的单个外周血单核细胞进行scRNA-seq检测，发现存在一种具有增殖和代谢活性的自然杀伤细胞亚群，其代谢活动与疾病的严重程度呈正相关。有趣的是，这一亚群的自然杀伤细胞显示出神经鞘脂代谢的增强，这突显了单细胞脂质组学从以脂质为中心的角度阐明单个免疫细胞对新冠肺炎感染的差异反应的潜力。除感染性疾病外，对从人胰岛分离的单个细胞的scRNA-seq分析表明，在1型糖尿病患者中存在免疫耐受的胰腺导管细胞亚群。这一导管细胞亚群的转录特征类似于耐受性树突状细胞(即缺乏CD80和CD86)，导致免疫耐受和抗原呈递时的T细胞抑制。值得注意的是，单细胞分析显示胰腺β-细胞的基因特征与抗谷氨酸脱羧酶(GAD)滴度相关。与GAD水平相关的基因通路富集丰富分析包括许多脂代谢途径，如鞘磷脂代谢和磷脂酰肌醇信号系统。虽然在这些研究中没有进行单细胞脂质组学，但上述结果强调了单细胞中的脂代谢对于破译不同疾病背景下宿主免疫反应的代谢基础的重要性。　　　　单细胞脂质组学的应用　　结束语　　单细胞脂质组学的发展仍处于起步阶段，我们相信随着该领域的发展，将会有更多的生物学和临床应用。技术突破彻底改变了我们研究生物学的方式，其标志是从整体分析过渡到专注于单分子和单细胞。随着我们以更高的分辨率检查生物结构，细微的差异被揭示出来，这可能会为新的研究方向铺平道路，从而为生物学和临床医学中长期存在的问题提供独特的见解。

p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em " span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 近日，中国医学科学院阜外医院周洲教授团队在Cell Reports发表的最新研究首次发现并证实了，心脏流出道发育过程中存在心肌细胞向血管平滑肌细胞的转分化（trans-differentiation）。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em " strong 研究者就此提出了大动脉基部平滑肌汇聚发育（convergent development）的概念。 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em " 其中，阜外医院实验诊断中心刘宣雨博士为论文第一作者，新乡医学院王计奎教授为共同通讯作者。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/5d0f19bf-17d9-40e8-be8b-89e6ba1b60f5.jpg" title=" 001.jpg" alt=" 001.jpg" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em " 心脏流出道是先心病发病的热点部位，在这项研究中，研究者分析了来自小鼠流出道的3个连续发育阶段的共50,000多个细胞的单细胞转录组，同时结合单分子荧光原位杂交和基于Dre-Rox的谱系追踪技术进行了分析和验证。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em " 研究发现，心脏流出道发育过程中涉及到6种细胞类型，共17个细胞亚群，研究者通过机器学习分类模型，为各种细胞类型及其亚群定义了分子特征（图1）。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/a1081aed-4d3e-411a-9b23-8ae01464bc9a.jpg" title=" 002.jpg" alt=" 002.jpg" / /p p span style=" text-align: justify text-indent: 0em color: rgb(0, 112, 192) " 注：A：17个细胞亚群；B：各种细胞类型及其比例；C：各种细胞类型及其亚群的分子特征 /span /p p style=" text-align: center line-height: 1.5em text-indent: 0em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 图1& nbsp 心脏流出道发育过程中的细胞亚群及其分子特征 /span /p p /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em " & nbsp /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em " 为了分析细胞亚群间关系，研究者通过力导向的KNN图布局（force-directed layout of k-nearest-neighbor graph）在二维空间内更加准确反映数据结构（图2A），同时分析细胞状态随时间的变化动态（图2B）和细胞亚群的特异表达谱，发现了与平滑肌分化直接相关的细胞亚群（图2C）。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em " 有趣的是，除了间充质细胞向平滑肌细胞转化外，一个可能向平滑肌细胞发生了转分化的心肌细胞中间态亚群c9“浮出水面”，研究者推测，流出道的平滑肌细胞可能存在汇聚发育模式。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/be4c2ffb-cb00-4c92-a03e-d1068157f53b.jpg" title=" 003.jpg" alt=" 003.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" text-align: justify text-indent: 2em color: rgb(0, 112, 192) " 图2& nbsp 心脏流出道平滑肌的汇聚发育模式 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em " 研究者进一步通过拟时间排序分析发现，在心肌向平滑肌转分化过程中，随着分化的进行，细胞的心肌标记的表达下调，平滑肌标记的表达上调（图3A）。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em " 值得注意的是，Notch信号途径中的基因随着分化的进行逐渐上调（图3B）。通过基因调控网络打分分析，最终揭示出了心肌细胞向平滑肌细胞转分化过程中的关键转录因子（图3C），如Notch信号通路（已知在流出道的发育中扮演重要角色）的下游转录因子Heyl。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/9467d7f6-8f0b-4a78-9e53-39e72c304313.jpg" title=" 004.jpg" alt=" 004.jpg" / /p p /p p style=" text-align: center line-height: 1.5em text-indent: 0em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) font-size: 14px " 图3& nbsp 拟时间排序和基因调控网络分析揭示出心肌细胞向平滑肌细胞转分化过程中的关键转录因子 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em " 单分子荧光原位杂交结果显示，从近端到远端的流出道连续横截面可以观察到从心肌表型向平滑肌表型的过渡（图4A）。细胞共表达心肌的标记基因Myh7和流出道平滑肌的标记基因Cxcl12，为心肌细胞向平滑肌细胞转分化的存在提供了支持（图4B）。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/a1ccbd68-ea7d-4db2-ae6c-07344f4ead97.jpg" title=" 005.jpg" alt=" 005.jpg" / span style=" color: rgb(0, 112, 192) text-align: justify text-indent: 0em font-size: 14px " 图4& nbsp 单分子荧光原位杂交共表达结果支持流出道发育过程中心肌细胞向平滑肌细胞转分化的存在 /span /p p /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em " & nbsp /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em " 研究者利用可以特异性标记心肌细胞后代的小鼠胚胎模型Tnnt2-Dre CAG-tdTomato& nbsp (图5A), 通过tdTomato和成熟平滑肌标记基因Myh11的共表达最终验证了流出道发育过程中心肌细胞向平滑肌细胞的转分化（图5B）。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/eeaf9199-00a4-47e6-9231-e6ee425dcd46.jpg" title=" 006.jpg" alt=" 006.jpg" / /p p /p p style=" text-align: center line-height: 1.5em text-indent: 0em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 图5& nbsp 谱系追踪验证了流出道发育过程中心肌细胞向平滑肌细胞的转分化 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em " br/ /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em " strong span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai color: rgb(127, 127, 127) " 来源 /span /strong span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai color: rgb(127, 127, 127) " ：Xuanyu Liu, Wen Chen, Wenke Li, et al.Single-cell RNA-seq of the developing cardiac outflow tract reveals convergent development of the vascular smooth muscle cells. Cell Reports, 2019, 28: 1-16.DOI：10.1016/j.celrep.2019.06.092. /span /p p style=" text-align: center " span style=" background-color: rgb(255, 255, 0) " strong 扫码关注【3i生仪社】获取生命科学最新资讯 /strong /span br/ /p p span style=" background-color: rgb(255, 255, 0) " strong /strong /span /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/28979e25-472a-42e2-b206-56e81b58ea60.jpg" title=" 小icon.jpg" alt=" 小icon.jpg" / /p

据英国《自然》杂志近日发表的一篇胚胎学论文，英国科学家团队对一个处于原肠胚形成阶段的人类胚胎，进行了详细的细胞和分子研究。原肠胚形成是人类发育早期的一个重要事件，这一阶段对人类发育至关重要，但有时很难研究。研究结果带来了对此的独特认知。　　原肠胚形成是人类发育早期阶段的一个决定性时刻。这个过程从受精后14天左右开始，持续约一周左右。人们目前对人类原肠胚形成的理解基本局限于实验模型，无法直接对其开展研究，因为这个阶段的人类胚胎很难获得，部分原因是国际指南之前将培养人类胚胎的时限控制在受精后的14天内。　　英国牛津大学科学家山卡尔思林尼瓦斯及其同事，此次分析了一个在自愿终止妊娠后被捐赠用于研究的人类胚胎，该胚胎所处的阶段相当于受精后的第16至19天。作者对胚胎中的细胞类型和这些细胞表达的基因进行了详细的描述，并与实验模型进行了对比。研究团队检测到原始生殖细胞（成为卵子或精子细胞的干细胞）和红细胞等等。他们还发现，神经系统的细胞特化在这个发育阶段尚未开始。　　虽然此次只研究了一个胚胎，但研究结果为其他模型系统的实验解读提供了新的背景。研究人员总结指出，这些数据还为人类原肠胚形成这一此前未经探索的人类胚胎发育基本阶段提供了独特认知。

放射状胶质细胞是大脑发育最为关键的一种神经前体细胞，分裂产生大脑皮层几乎所有的神经元和胶质细胞。所有动物细胞都有中心体，通常位于细胞核附近的细胞质中。然而中心体在放射状胶质细胞内的定位十分独特，位于远离细胞核的顶端细胞膜上，即脑室腔的表面上。这种独特的亚细胞特征已被发现数十年，但其成因及功能一直令人困惑。清华大学生命科学学院、IDG-麦戈文脑科学研究院时松海教授和结构生物学高精尖创新中心史航研究员课题组线发表了题为“中心体的锚定调控神经前体细胞特性和大脑皮层的形成”（Centrosome anchoring regulates progenitor properties and cortical formation）的研究论文，首次揭示了中心体调控哺乳动物大脑皮层神经前体细胞机械特性和分裂能力，进而影响大脑皮层的大小和折叠的崭新机制。这一发现公布在Nature杂志上。时松海教授和史航研究员课题组采用基于透射电镜成像的连续超薄切片技术，首次观察到了放射状胶质细胞内的中心体是通过附着在母体中心粒上的远端附属物（distal appendages）锚定在顶端细胞膜上的（图1）。为了探索其分子调控机制和生理功能，研究人员在大脑皮层放射状胶质细胞内特异性地去除了远端附属物的重要构成蛋白CEP83，使得远端附属物无法形成，从而阻止中心体与细胞膜的连接。结果发现，去除CEP83蛋白后，母体中心粒上不再形成远端附属物，中心体和顶端膜发生了微小的错位，不再锚定在顶端膜上。进一步研究表明，中心体这一不足1微米的位移，不是通过影响初级纤毛的形成，而是破坏了顶端膜上特有的环状微管结构，导致顶端膜被拉伸、变硬。这一物理特性的改变引起了放射状胶质细胞内机械敏感信号通路相关的YAP蛋白（Yes-associated protein）的过度激活，从而导致了放射状胶质细胞前期的过度扩增以及之后中间前体细胞的增多，最终使得大脑皮层神经细胞显著增加，体积扩大，并引发异常折叠。该研究解决了长期以来关于放射状胶质细胞内中心体特殊定位原因和作用的谜题，为研究神经前体细胞行为和皮层发育调控提供了全新的角度。另外，中心体相关的许多突变都和小头症（microcephaly）紧密相关，然而该研究首次揭示了中心体蛋白突变导致大头症的机制。更重要的是，人类CEP83双等位基因突变会导致脑室体积增大，智力障碍和小儿肾消耗症，该研究为揭示人皮层形态和智力异常提供了重要线索。

蛋白质磷酸化是在激酶催化下将磷酸基团转移到底物蛋白质上的可逆过程，是能够调控蛋白质结构与功能且参与细胞内信号转导的重要翻译后修饰，在植物的生长、发育、环境适应以及作物的产量和品质调控中发挥着重要作用。深度解析磷酸化蛋白质组，是探讨磷酸化如何参与这些生物学过程以及筛选与作物重要农艺性状相关的关键磷酸化靶点的有效手段。然而，与动物相比，植物磷酸化蛋白质组的深度解析在技术上更具挑战性。这是由于植物细胞具有致密的细胞壁和大量的色素以及其他次生代谢物。前者增加了蛋白质提取的难度，而后者干扰了磷酸肽富集的效率和特异性。 中国科学院遗传与发育生物学研究所汪迎春研究组通过探索一系列的实验条件，研发出高效的植物磷酸化蛋白质组学新技术。该技术的主要特点是利用脱氧胆酸钠高效抽提植物蛋白，同时消除常规方法中导致样品损失和灵敏度降低的两个步骤，即在蛋白酶消化前的样品净化和在磷酸肽富集前的脱盐处理，在色素与其他干扰分子共存的情况下进行高特异性、高灵敏度地磷酸肽富集。 科研人员应用这一方法，在拟南芥、水稻、番茄和衣藻等绿色生物的组织中高效纯化磷酸化蛋白质组（单针质谱可鉴定约11,000个磷酸位点）。由于该技术主要面向高等植物及其他绿色生物（如衣藻），且操作简便，降低了实验所需的人力和试剂费用，因此命名为GreenPhos。GreenPhos可定量分析不同植物的磷酸化蛋白组，分析深度深、定量重复性高，有望成为植物磷酸化蛋白组学的通用技术。研究人员应用该技术，深度解析了拟南芥响应不同时长盐胁迫的差异磷酸化蛋白质组，发现了包括剪接体蛋白和一些激酶响应盐胁迫的磷酸化事件。 11月27日，相关研究成果在线发表在《分子植物》（Molecular Plant，DOI：10.1016/j.molp.2023.11.010）上。研究工作得到国家重点研发计划与中国科学院战略性先导科技专项的支持。中国科学院植物研究所的科研人员参与研究。GreenPhos工作流程及多种绿色生物磷酸化蛋白质组鉴定结果

近期，来自瑞士Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research研究所的P. Liberali组与Viventis公司工程师合作，使用长时间高分辨类器官光片显微镜-LS2在bioRxiv上在线发表了题为Open top multi sample dual view light sheet microscope for live imaging of large multicellular systems的文章。这篇文章对该技术的核心细节进行详尽展示。 长时间高分辨类器官光片显微镜-LS2是由瑞士Viventis公司推出的一款全新光片成像平台，可实现活细胞的长时间、高分辨、高通量、多样品同时成像，非常适合对直径达300μm的光敏样品（如卵母细胞，胚胎和类器官）进行长期实时高时空分辨率和低光毒性的观察与成像。该技术一经推出便已发布多篇Science/ Nature主刊 [1-5]。点击观看：长时间高分辨类器官光片显微镜-LS2肠道类器官成像效果 摘要： 多细胞系统会在数周内从单个细胞生长成为类器官、由数千个细胞组成完整组织，此类样品的实时成像一直具有挑战性。为了跨越这些长时间、空间尺度的难题，本文作者提出了一种开放式顶部双侧成像和双侧照明的光片显微镜，专门用于单细胞分辨率的发育过程中的大型样本的实时成像。作者使用新开发的光片显微镜对多种样品进行实时成像研究，结果突出显示了其在大型标本(如成熟的肠道类器官等)中获得定量单细胞信息的能力。 研究背景： 单个细胞发育成为复杂组织的动力学、可视化以及潜在分子机制的理解是细胞和发育生物学的首要目标。然而，这些复杂的生物现象往往跨越大的空间和时间生物学尺度，特别是类器官等体外模型系统，经常受到样品间异质性的影响。设计用于此类系统实时成像的显微镜需要在每个实验中提供高样品通量才能得出结论，且需要为光散射较大的样品提供足够的空间和时间分辨率和高图像质量，同时最大限度地减少光剂量并保持样品上样方便。目前，大多数的光片显微镜技术由于其低光毒性成为了克服上述一些挑战的技术方案之一。但这些技术仅限于每次实验仅对一个或极少数样品进行成像，且这些系统缺乏从对侧进行多视成像的可能性，不适合发育较大的样本。文章亮点： 本文展示了一种开放式、双侧成像和双照明的长时间高分辨类器官光片显微镜-LS2。其结合了多视图光片显微镜的优点，具有开放式几何形状和多孔样品支架，可以对大型多细胞系统进行长期多位置3D实时成像。作者通过对小鼠肠道、肝脏和唾液腺类器官、类原肠胚、水螅和人结肠癌类器官的长期实时成像，展示了该系统在各种模型系统中实现高图像质量的能力，其尺寸可达550 μm，记录时间长达12天。此外，本文获得了跨生物尺度的定量特征，并通过对肠道类器官和类原肠胚的跟踪和分割提供了详细的单细胞分析，这是新开发的Viventis长时间高分辨类器官光片显微镜-LS2才能实现的。详细数据： 本文展示的光片显微镜包含两颗相对的照明物镜(尼康10X, NA 0.2)，每颗从水平面略微向上倾斜，从两个侧面照亮样品，两颗相对的成像物镜从两个方向成像(尼康16X, NA 0.8， 该系统也兼容尼康25X, NA 1.1)(图1)。这种几何形状在两个照明物镜上方创造了一个无阻碍的线性空间用于定制设计的多孔样本池(图1-2)，该样本池包含多达四个可互换的样品室阵列， 用于多位置成像。浸入介质被放置在一个储层中，填充两个水浸入检测物镜之间的空间。 为了获得两个相对的光片以尽可能大的角度照亮样品,作者使用了超长工作距离的空气物镜， 通过玻璃窗将照明光耦合到浸入介质中，并设计了一个定制的校正三重透镜来补偿球面和色差。物镜区域是具温度控制的，样品被封闭在一个控制CO2浓度的隔间中。额外的光束路径是使用其中一个检测物镜作为聚光镜来照亮样品并获取透射光图像。为了以最佳方式安装不同的生物样品，作者在热成型过程中开发了由氟乙烯丙烯(FEP)箔制成的可定制腔室。该腔室适合于两颗检测物镜之间的6毫米空间区域，并允许从顶部加液、移液，满足不同生物样品的活细胞培养要求。 图1 长时间高分辨类器官光片显微镜-LS2光路图图2 长时间高分辨类器官光片显微镜-LS2物镜及样本池视图 在作者之前的工作中，使用了本文所介绍的显微镜的前身，上一代技术的显微镜只构建了一个检测物镜来跟踪发育中的肠道类器官中的细胞。 然而，所提供的成像深度不足以跟踪较大标本中的细胞，包括成熟的类器官。新设计的双成像物镜、双侧照明方法克服了这一障碍。 作者使用细胞周期报告基因FUCCI2，在3天的时间过程中对成熟小鼠肠道类器官的隐窝和绒毛形成进行成像(图2和视频2)。 在隐窝和绒毛形成的背景下监测细胞周期状态。 使用多位置成像，同时获得了多个类器官的数据集。单细胞分辨率的双色成像深度为360μm， 时间分辨率为10分钟(视频1)，以无与伦比的细节显示发育中的小鼠肠道类器官的整体动力学。整个单细胞的可视化样本量要求通过双侧成像实现高图像质量。我们通过将单个检测物镜的XZ部分与融合数据进行比较来说明这一点(图2)。 随着成像深度的增加， 单个视图的切片显示出预期的退化，而融合的数据由两个视图的最佳质量组合组成，并且能够在整个体积中绘制单个细胞(视频2)。这种策略对于整个样本的3D成像是十分必要的。点击观看：小鼠肠道类器官的隐窝和绒毛形成 为了进一步评估使用两个相对的成像物镜对图像质量的改善，作者通过计算两个物镜的每个z截面的离散余弦变换DCT来比较图像质量随成像深度的增加。例如，对肠道和人类结肠癌类器官进行了比较(图3)。两种模型系统都显示，随着成像深度和距离检测物镜的距离增加，图像质量明显下降，这可以通过组合来自两个相反物镜的数据来补偿。综上所述，双重检测物镜对于保证大样本的高图像质量的重要性。 图3 肠道和人类结肠癌类器官成像及单细胞分析 为了说明新发布系统的高性能，作者对尺寸从200μm到550μm的多种样品进行了成像，并进行了长达12天的连续成像：小鼠肝类器官，人类结肠癌类器官，小鼠腮腺唾液腺类器官，和类原肠胚。此外，新发布系统的样品安装策略不仅支持各种不同标本的开发，而且可以进行平行化学扰动的实验。在相同的成像实验中，四个腔室中的每一个都可以用于特定的条件，每个腔室内有许多单独的位置成像。我们分析了PGE、Forskolin和NaCl诱导的高渗休克对肠道类器官的机械渗透作用。3分钟的高时间分辨率(视频3)显示了对各自治疗的快速类器官膨胀和收缩。 点击观看：平行的PGE、Forskolin和NaCl对肠道类器官的影响 此外，为了证明新发布显微镜的多定位能力，作者以10分钟的时间分辨率对25个成熟的肠道类器官进行了平行成像，每个类器官的体积为360μm(视频4)。 点击观看：25个肠道类器官平行成像总结： 本文作者提出并发布了一种双侧成像、 双侧照明的光片显微镜，适用于单细胞分辨率下对多种大型生物模型系统(如肠道类器官等)进行长期多位置成像，质量适合于整个类器官的细胞分割和细胞跟踪。特殊的物镜配置使得使用多孔样品池可以同时监测多个实验条件。通过采用热成型工艺制造各种形状的样品池实现了样品特定和灵活的上样。未来，具有这种物镜配置和样本池配置的光片显微镜将进一步成为技术进步的有前途的平台。参考文献：[1] Naganathan et al., Left-right symmetry of zebrafish embryos requires somite surface tension. Nature[2] So et al., Mechanism of spindle pole organization and instability in human oocytes. Science[3] He et al., Lineage recording in human cerebral organoids. Nature Methods[4] Serra et al., Self-organization and symmetry breaking in intestinal organoids development. Nature[5] Dumortier et al., Fracking and Ostwald ripening position the lumen of the mouse blastocyst. Science

黑素皮质激素3受体(MC3R)一直被认为在新陈代谢和能量平衡中发挥着重要的作用。20年前，MC3R基因被发现，并被证明这种基因的缺失会导致小鼠生长减缓。　　近期，英国剑桥大学的研究团队发现，MC3R是调控人类儿童生长速度和青春期发育时间的关键蛋白。该研究结果在《Nature》上发表，题为：MC3R links nutritional state to childhood growth and the timing of puberty。　　大脑可以通过调节行为、生长、营养分配和发育等调控体细胞能量储存状态，比如中枢黑素皮质素系统通过黑素皮质素4受体（MC4R）控制食欲、食物摄入以及能量消耗。研究人员发现，MC3R可以调节性成熟的时间、线性生长速度和去脂体重的增加，这些过程都与能量有关。对MC3R功能缺失突变的人进行跟踪，他们青春期开始的时间比正常人晚，与之前在小鼠中的研究结果一致，他们的线性生长、去脂体重和胰岛素样生长因子1（IGF1）的水平都有所下降。缺乏MC3R的小鼠性成熟延迟，生殖周期长度对营养补给不敏感。MC3R基因在控制生殖和生长的下丘脑神经元中大量表达，发育过程中表达增加，与性成熟的调节作用一致。　　这些发现表明，中枢黑素皮质素途径通过MC4R信号控制能量的获取和储存，而通过MC3R信号主要调节能量向生长、去脂体重和性成熟时间的分配。 　　论文链接：　　https://www.nature.com/articles/s41586-021-04088-9

2022年6月20日，清华大学时松海课题组在 Nature Neuroscience 期刊在线发表了题为：Metabolic lactate production coordinates vasculature development and progenitor behavior in the developing mouse neocortex（乳酸代谢调控小鼠大脑新皮层血管生长和神经前体细胞行为）的研究论文。该研究揭示了大脑新皮层发育过程中的早期增殖型放射状胶质前体细胞（Radial glia progenitor，RGP）具有更强的糖酵解代谢能力并大量合成和分泌乳酸，进而调节血管生长及其自身增殖分裂特性。大脑新皮层是神经系统的最高级中枢，理解大脑新皮层的发育组装及工作机制是脑科学乃至整个自然科学的终极目标之一。研究大脑新皮层的发育及其调控机制有助于更好地理解其细胞组成和结构特性，进而推动生理功能和运行工作机制的认知，同时对相关疾病的诊断治疗有着至关重要的意义。大脑新皮层是进化的末期产物，其发育是一个高度复杂且受到多种因素的共同调节的生物学过程，这也为系统性研究其内在机制带来了诸多挑战。为此该研究从细胞最为基本特征—细胞代谢的角度出发，揭示了细胞代谢方式及相关产物在调控大脑新皮层发育过程中的关键作用和机制，为更好的理解大脑皮层发育机制提供了重要的理论补充。放射状胶质前体细胞（RGP）是大脑发育最为关键的一种神经前体细胞，其分裂产生大脑皮层几乎所有的神经元和胶质细胞。在小鼠发育早期（E10.5-E11.5），大脑新皮层中几乎没有血管生长，此时 RGP 以对称分裂进行增殖。伴随着血管的生长，RGP 也随之改变其分裂方式，以不对称分裂进行神经细胞产生。基于单细胞代谢状态分析，该研究首先发现大脑新皮层发育过程中，随着 RGP 谱系发生过程的进行，RGP 及其子代细胞具有不同的代谢状态，并呈现出不同的代谢特征。在此基础上，结合基因表达分析、细胞代谢类型分析以及碳代谢流分析多方面研究，进一步发现进行对称分裂的增殖型 RGP 具有更强的糖酵解代谢能力，并大量合成和分泌乳酸，而进行不对称分裂的分化型 RGP 具有更强的氧化磷酸化代谢能力，并积累高浓度的乙酰辅酶A。图1: 单细胞代谢状态分析揭示神经细胞代谢特征为深入探讨细胞代谢方式与大脑新皮层发育的相互关系，研究团队考察了具有强糖酵解代谢能力的增殖型 RGP 对早期大脑新皮层发育的影响，发现当抑制增殖型 RGP 的乳酸合成或分泌，导致大脑新皮层中乳酸浓度降低，血管生长出现缺陷。进一步分析发现，乳酸可以通过调节趋化因子配体 CXCL1 的表达来调节血管内皮细胞的迁移和增殖。此外，研究团队发现抑制增殖型 RGP 的乳酸合成代谢会系统性改变其基因表达谱并重塑细胞代谢方式，导致 RGP 过早分化。为探讨这一内在机制，研究者发现与分化型 RGP 相比，增殖型 RGP 呈现出更长的线粒体形态，抑制或阻断乳酸合成或分泌都会导致线粒体长度大幅度缩短，进而导致 RGP 分化。该结果表明增殖型 RGP 通过加强乳酸合成来影响线粒体形态，进而保持其对称分裂增殖特性。图2: 乳酸合成代谢调控早期大脑新皮层发育清华大学生命科学学院时松海教授为本文通讯作者，清华大学生命科学学院2017级博士董晓翔为本文第一作者。清华大学生命科学学院张强强博士和马健博士、清华大学生命科学学院博士研究生于翔宇和王玎，以及美国达特茅斯学院本科生马嘉明为本文共同作者。该研究得到了清华大学实验动物中心和生物医学测试中心的大力协助和支持。该研究获得了国家自然科学基金委创新群体基金、国家科技部脑科学与类脑研究基金、北京市教育委员会卓越青年科学家计划、北京市科技委员会科技计划、北京生物结构前沿研究中心、生命科学联合中心和北京脑科学与类脑研究中心的资助。

本届论坛邀请了国际一流干细胞与再生医学专家、国家“发育与生殖研究”重大科学研究计划专家组成员、973首席科学家等国内外本领域知名专家30多人参会演讲，200余位国内干细胞领域的科技人员参加论坛。　　论坛以评述报告、专题发言和深入讨论为基本方式，围绕干细胞调控、干细胞及胚胎发育、细胞命运转化、干细胞的直接分化、小分子化合物与干细胞调控、成体干细胞和癌症干细胞、干细胞应用及干细胞产业化等议题展开交流与讨论。　　广州市副市长贡儿珍参加论坛开幕式表示，干细胞和再生医学作为生命科学领域发展速度最快、前景最为广阔的领域，受到世界各国的高度重视。干细胞研究有助于阐明诸如癌症、遗传性疾病、组织退行性病变、自身免疫性疾病等的发病机理，干细胞和再生医学的研究与应用，将有可能使人类实现修复和制造组织器官的梦想。　　贡儿珍说，广州因此把干细胞和再生医学研究作为重要支持领域，2004年设立干细胞专项，2008年成立了全国第一家干细胞联盟——广州干细胞与再生医学技术联盟，近两年更是投入重大专项于干细胞的研究与开发。　　干细胞研究是近年来生命科学的热点领域，其在细胞治疗、组织器官移植和基因治疗中具有重要意义。中科院广州生物医药与健康研究院院长裴端卿介绍，国际干细胞研究领域一直关注诱导干细胞形成的分子机制机理，但缺乏关键性突破。英文名称 Homo sapiens (Human) 轴突蛋白1(NRXN1)检测试剂盒(酶联免疫吸附试验法) 规格： 48T/96T英文名称 Homo sapiens (Human) 周期素依赖性激酶抑制因子3(CDKN3)检测试剂盒(酶联免疫吸附试验法) 规格： 48T/96T英文名称 Homo sapiens (Human) 周期素依赖性激酶抑制因子2A(CDKN2A)检测试剂盒(酶联免疫吸附试验法) 规格： 48T/96T细胞英文名称 Rattus norvegicus (Rat) 周期素依赖性激酶抑制因子2A(CDKN2A)检测试剂盒(酶联免疫吸附试验法) 规格： 48T/96T英文名称 Mus musculus (Mouse) 周期素依赖性激酶抑制因子2A(CDKN2A)检测试剂盒(酶联免疫吸附试验法) 规格： 48T/96T

细胞程序性死亡 概念：细胞程序死亡(programmed cell death，PCD)也常常被称为细胞凋亡，是生物体发育过程中普遍存在的，是一个由基因决定的细胞主主动的有序的死亡方式。具体指细胞遇到内、外环境因子刺激时，受基因调控启动的自-杀保护措施，包括一些分子机制的诱导激活和基因编程，通过这种方式去除体内非必需细胞或即将发生特化的细胞。而细胞发生程序性死亡时，就像树叶或花的自然凋落一样，凋亡的细胞散在于正常组织细胞中，无炎症反应，不遗留瘢痕。死亡的细胞碎片很快被巨噬细胞或邻近细胞清除，不影响其他细胞的正常功能。 凋亡细胞的主要特征是(参见表15-2)：①染色质聚集、分块、位于核膜上，胞质凝缩，最后核断裂，细胞通过出芽的方式形成许多凋亡小体 ②凋亡小体内有结构完整的细胞器，还有凝缩的染色体，可被邻近细胞吞噬消化，因始终有膜封闭，没有内溶物释放，故不会引起炎症 ③凋亡细胞中仍需要合成一些蛋白质，但是在坏死细胞中ATP和蛋白质合成受阻或终止 ④核酸内切酶活化，导致染色质DNA在核小体连接部位断裂，形成约200bp整数倍的核酸片段，凝胶电泳图谱呈梯状 ⑤凋亡通常是生理性变化，而细胞坏死是病理性变化。理论意义：程序性细胞死亡在生物发育和维持正常生理活动过程中非常重要.在发育过程中，细胞不但要恰当地诞生，而且也要恰当地死亡。例如，人在胚胎阶段是有尾巴的，正因为组成尾巴的细胞恰当地死亡，才使我们在出生后没有尾巴.如果这些细胞没有恰当地死亡，就会出现长尾巴的新生儿.从胚胎、新生儿、婴儿、儿童到青少年，在这一系列人体发育成熟之前的阶段，总体来说细胞诞生得多，死亡得少，所以身体才能发育.发育成熟后，人体内细胞的诞生和死亡处于一个动态平衡阶段，一个成年人体内每天都有上万亿细胞诞生，同时又有上万亿细胞“程序性死亡”.两者处于一种动态平衡中，使人体器官维持合适的细胞数量得以正常运作的，正是“程序性细胞死亡”机制。(又如蝌蚪尾的消失，骨髓和肠的细生物发育过程中及成体组织中正常的细胞凋亡有助于保证细胞只在需要它们的时候和需要它们活的地方存活。这对于多细胞生物个体发育的正常进行，自稳平衡的保持以及抵御外界各种因素的干扰方面都起着非常关键的作用。)实践意义：如果调节细胞“自-杀”的基因出了问题，该死亡的细胞没有死亡，反而继续分裂繁殖，便会导致有问题或恶性细胞不受控制地增长，比如癌症 如果基因错向不该死的细胞发出“自-杀令”，不让之分裂繁殖，使不该死亡的淋巴细胞大批死亡，便破坏了人体的组织或免疫系统，比如艾滋病。控制“程序性细胞死亡”的基因有两类：一类是抑制细胞死亡的 另一类是启动或促进细胞死亡的。两类基因相互作用控制细胞正常死亡。如果能发现所有的调控基因，分析其功能，研究出能发挥或抑制这些基因功能的药物，那么人类就能够敲响癌症和艾滋病的丧钟。当然，这个过程需经过一番艰苦努力，因为线虫只有959个细胞，而人体则有大约1000万亿个细胞。

© IUF - Leibniz Research Institute for Environmental Medicine, Düsseldorf概述 神经发育涉及几个相互关联的过程，这些过程特别容易受到化学物质的影响。发育中的儿童接触破坏这些过程的物质会导致发育神经毒性（DNT），从而导致自闭症、智商下降以及学习和记忆缺陷等神经发育障碍。目前识别物质 DNT 潜在危险的监管指南仅依赖于动物测试。然而，测试通量不足、物种差异和伦理问题需要建立基于人体细胞模型的替代体外方法，以确保测试结果对人群有足够的预测能力。根据这一拟议的 DNT 测试范式转变，在经济合作与发展组织 (OECD) 的支持下建立了 DNT 体外测试组 (DNT-IVB)，以便以更具成本效益的方式识别有害物质。有效的方式并解决伦理和生理问题环境化学物质对发育中大脑的潜在伤害尚未得到充分测试在发育过程中，会发生各种相互关联的神经发育过程，这些过程促进了人脑的形成和功能。由于其高度复杂性和可塑性，发育中的大脑对化学物质暴露特别敏感，包括农药、药物，甚至天然食品补充剂。目前，法律不要求指定供人类使用的产品制造商在上市前测试新化合物的 DNT 潜力。然而，与此同时，有大量关于不同化合物类别（包括金属、农药和药品）的数据，将发育暴露与儿童神经发育不良影响联系起来，例如智商较低或记忆力和注意力缺陷[1]。然而，迄今为止，仅使用体内 DNT 指南研究评估了 110-140 种化学物质，而大多数化学物质都缺乏数据。造成这种危险知识差距的主要原因是啮齿动物体内研究仍然是 DNT 测试的黄金标准。这些动物实验资源极其密集，通常成本超过 100 万欧元，需要一年多的时间才能完成，并且每种化合物需要使用至少 1,400 只动物。由于这些因素，迄今为止进行的 DNT 指南研究很少。鉴于 DNT 所产生的巨大社会、社会和经济后果，需要更快、更具成本效益且对人群具有足够预测性的替代方法来识别 DNT [4]。近年来，人们在开发基于细胞的测试策略来表征有毒物质的DNT危险潜力方面做出了相当大的努力，这符合替代、减少和细化动物研究的3R原则[5]。与此同时，毒理学测试原理也发生了范式转变，这表明在化学测试中应追求更高的通量和以机制为导向的方法，最好是基于人的方法，以避免化学暴露对物种特异性的影响，并消除令人担忧的知识差距[6]。阅读第 15 页的完整文章Wiley Analytical Science Magazine Volume 2 - April/24.参考文献[1] Vorhees, C. V. et al. (2018). A better approach to in vivo developmental neurotoxicity assessment: Alignment of rodent testing with effects seen in children after neurotoxic exposures. Toxicology and applied pharmacology. DOI: 10.1016/J.TAAP.2018.03.012.[2] Makris, S. L. et al. (2009). A retrospective performance assessment of the developmental neurotoxicity study in support of OECD test guideline 426. Environmental Health Perspectives. DOI: 10.1289/EHP.11447.[3] Paparella, M. et al. (2020). An analysis of the limitations and uncertainties of in vivo developmental neurotoxicity testing and assessment to identify the potential for alternative approaches. Reproductive Toxicology. DOI: 10.1016/J.REPROTOX.2020.08.002.[4] Grandjean, P. and Landrigan, P. J. (2014). Neurobehavioural effects of developmental toxicity. The Lancet Neurology. DOI: 10.1016/S1474-4422(13)70278-3.[5] Fritsche, E. et al. (2018). Consensus statement on the need for innovation, transition and implementation of developmental neurotoxicity (DNT) testing for regulatory purposes. Toxicology and Applied Pharmacology. DOI: 10.1016/j.taap.2018.02.004.[6] Sachana, M. et al. (2019). International Regulatory and Scientific Effort for Improved Developmental Neurotoxicity Testing. Toxicological Sciences. DOI: 10.1093/toxsci/kfy211.关于作者Katharina KochIUF-Leibniz Institute for Environmental Medical Research, Düsseldorf, Germany, DNTOX, Düsseldorf, GermanyKatharina Koch 博士是 DNTOX 的联合创始人兼研发主管，自 2019 年以来一直在德国杜塞尔多夫的 IUF – 莱布尼茨环境医学研究所担任博士后职位。她的研究重点是开发内分泌干扰（ED）介导的发育神经毒性（DNT）的测试方法。她在研究不同人类和啮齿动物原代以及人类 iPSC 衍生的神经 3D 体外细胞模型中关键神经发育过程的激素依赖性方面拥有丰富的经验。文章来源：A 21st century approach to protect children’s brains from environmental hazards，Wiley Analytical Science Magazine, 4 April 2024供稿：符 斌

随着人类在生命科学领域探索的不断深入，干细胞研究和应用已经成为科学界和全球生物医药行业关注的热点之一，也成为包括我国在内的不少国家的重要科技战略。尽管具有广阔前景，但干细胞研究和应用仍面临许多亟待解决的难题，干细胞的高质量地体外培养就是关键难题之一。南开大学生命科学学院教授杨军课题组，在20余年持续研究的基础上，开发出一套可以模拟体内微环境的干细胞防生赋能系统，有效解决了目前干细胞体外培养效率低、费用高、安全性差、代际功能减损等问题，助力干细胞研究更好地走向应用。以课题组成员为骨干的学生创新创业团队“奇府”，正致力于将这一研究成果推向市场。干细胞是人体发育过程中以及成体后体内存在的一类细胞，具有自我复制，多向分化等特点，常用于生长发育、疾病发生、药物筛选等科学研究。除此之外，干细胞还可以用于疾病治疗，例如：胚胎干细胞分化的眼角膜给患者带来了光明，脐带造血干细胞用于治疗遗传性或获得性造血系统疾病、间充质干细胞对自身免疫病患者进行免疫调节等。新冠肺炎疫情暴发以来，干细胞，尤其是间充质干细胞也被应用到重症以及危重症的救治研究当中。然而，通常干细胞获取比较困难，数量也极其有限。为了获取足够数量用于治疗的干细胞，必须进行体外扩增。然而，随着扩增代数的增加，干细胞的生物学功能逐渐减弱，这使得可应用的干细胞可用代次有限，导致干细胞资源稀缺，难以满足庞大的市场需求，而其高昂的成本也极大限制了干细胞产业发展。因此亟需一套解决干细胞数量严重短缺的方案。研究人员介绍，目前的干细胞培养系统存在四大痛点——增殖能力不足，细胞产量低；功能丢失，治疗效果差；干细胞纯度低，安全风险大；细胞资源稀缺，生产成本高。简而言之，现有的培养系统极易造成培养的干细胞不够用、不好用、不敢用和用不起的问题。“这是由于一般的干细胞扩增使用的培养表面不能很好地仿生体内微环境导致的。” “奇府”团队负责人、南开大学生命科学学院博士生陈国强介绍，在多细胞生物中，没有一个细胞是孤立状态，细胞间的相互作用尤为重要。如果把干细胞培养环境比作“房子”，细胞间相互作用就是一根重要的“支柱”，没有这根“支柱”，“房子”就摇摇欲坠。那么，如何实现体外微环境构建呢？研究团队以干细胞仿生培养材料入手，全面优化配套培养体系。首先，研究团队筛选多种细胞间相互作用蛋白，分析其基因以及蛋白序列，随后选择几种基因利用基因工程技术构建融合蛋白基因，通过生物合成技术稳定批量制备人工基质蛋白产品，最后利用纳米涂层技术在传统材料表面形成人工基质蛋白涂层实现表面功能改性。“奇府”团队通过先进基因工程技术制备的核心产品，其基质成分明确稳定，量产纯度＞95%，且为人源蛋白，能够更好地调控人源干细胞，且更为安全。同时，“奇府”干细胞赋能体系大规模构建细胞间相互作用的核心蛋白，很好地在培养平面上实现了体内微环境的仿生，从而使细胞功能得以维持。此外，“奇府”产品通过细胞间相互作用蛋白仿生调控干细胞生长微环境，缩短干细胞增殖周期同时延缓干细胞衰老，使可用的干细胞数量大大增加，扩大了干细胞的生产规模，降低了干细胞的生产成本且减少了患者等待的时间。“我们的培养技术补齐了最后一根‘支柱’，仿生干细胞微环境，在体外构建了干细胞生存之家，而且还是一个温暖舒适的‘阳光房’，达到高效增殖、安全使用、功能提升和成本降低的四大效果。”陈国强说。“为了实现最好的干细胞培养效果，进行培养体系各组分详细优化，从培养基质的成分配比，作用时间到培养基的选择以及细胞消化液组成都进行了数百次以上的尝试。”项目骨干秦政介绍。干细胞扩增技术成熟后，“奇府”团队开启了针对干细胞不同用途赋能体系的开发。干细胞的行为受到其所处的微环境的影响，要想让干细胞发挥指定的功能，需通过微环境对其进行精准调控。为实现这一目的，“奇府”团队通过查阅各种疾病以及发生发育相关论文，不断优化培养体系，先后开发出心肌修复、血管再生、免疫调节以及关节修复等4种干细胞赋能体系。在相应疾病模型小鼠试验中，相较于传统基质表面培养的干细胞，“奇府”赋能的干细胞具有更加显著的治疗效果。截至目前，“奇府”干细胞防生赋能系统涉及的相关技术现已获得十余项国内外发明专利，发表科技论文100余篇。基于领先的仿生构建技术和良好的实验效果，“奇府”团队还将研究成果积极向产品转化，将人工基质蛋白及其配套的培养体系简化组合形成了简单易用的试剂盒产品。“目前，我们的团队已与国内干细胞生产企业和相关医疗机构达成良好的合作关系，将产品提供给合作单位进行试用，得到了很好的评价反馈。未来，我们希望以市场化的方式，将‘奇府’系列产品规模化推入市场，真正助力我国的干细胞研究和应用。”相关论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adhm.201600114

来自英国和比利时的一组研究人员近日在《Science》杂志上发表了人类胸腺的单细胞转录组图谱，对人类T细胞的发育进行了高分辨率的普查。共同通讯作者、比利时根特大学的Tom Taghon教授表示：“我们现在非常了解T细胞如何在健康组织中形成。我们能够从发育中的胸腺和肝脏中鉴定出相似的前体细胞，且我们相信这些前体对于启动胎儿的T细胞发育和建立完全有功能的胸腺器官至关重要。”胸腺是T细胞发育和T细胞受体（TCR）库形成的关键器官，可以帮助人们形成适应性免疫。胸腺中的T细胞发育在空间上是协调的，而且这一过程需要胸腺微环境中的各类细胞精心配合。为了绘制一个完整的胸腺细胞图谱，研究人员从发育期、儿童期和成年期的人类胸腺样本中分离出细胞，并进行单细胞RNA测序。在开展质量控制去除doublet后，他们从发育中的胸腺中获得了138,397个细胞，从出生后胸腺中获得了117,504个细胞。他们对细胞簇进行注释，标记为40多种不同的细胞类型或状态。为了比较人类胸腺和小鼠胸腺的结果，他们随后利用出生后4周、8周或24周的小鼠样本生成了一份完整的小鼠胸腺单细胞图谱，并将这些数据与先前发表的产前小鼠胸腺scRNA-seq数据相结合。成熟T细胞的整合分析表明，不同物种之间的细胞状态有交叉。人类的GNG4+ CD8αα+ T细胞与小鼠的上皮内淋巴细胞前体A型最为相似，不过它们之间也存在高度差异表达的基因，表明其功能存在潜在差异。研究人员还比较了不同细胞的TCR库，以分析不同类型的细胞之间是否存在TCR库的差异。他们观察到，CD8+ T细胞与其他细胞明显分离，这个趋势在所有样本中都是一致的。这与外周血中分离出的幼稚CD4+/CD8+ T细胞极为相似。作者写道：“我们从人类胸腺中鉴定出50多种不同的细胞状态。在胚胎发育以及儿童和成年时期，人类胸腺细胞的丰度和基因表达谱都在动态变化。”研究人员还鉴定出全新的人胸腺成纤维细胞和上皮细胞亚群，并对其进行定位。通过计算机模拟，他们还预测出人类T细胞发育的轨迹，从胎儿肝脏中的祖细胞到多种成熟的T细胞。利用这一轨迹，他们还构建了驱动T细胞命运决定的转录因子框架。作者总结道，他们此次绘制的人类一生的胸腺单细胞转录组图谱以及不同物种的转录组图谱对天然组织微环境下的T细胞发育进行了高分辨率的普查。“人类和小鼠胸腺之间的系统比较突出了人类特有的细胞状态和基因表达特征。我们详细的T细胞发育网络将有助于建立体外类器官培养模型，从而真实地再现体内的胸腺组织。”资深作者、纽卡斯尔大学的Muzlifah Haniffa教授还指出，胸腺细胞的图谱可帮助研究人员阐明发育中胸腺的细胞信号，揭示哪些基因打开才能将免疫前体细胞转化为特异性T细胞。“这张图谱可作为在体外改造T细胞的参考图谱，为人们提供量身定制的治疗方案，”他说

2010年5月20日，北京五洲东方科技发展有限公司在中科院遗传与发育所成功举办了实验室仪器巡回展示会。 　　会间，我公司展出了德国Brand的移液工具、细胞培养耗材等产品，吸引了众多老师和科研人员前来参观和询问。　　 　　工作人员正在向老师介绍德国SIGMA离心机　　 　　老师在查阅资料

科学家越来越多地尝试利用人体自身的免疫系统来对抗癌症。波恩大学和澳大利亚和瑞士的研究机构进行的一项新研究现在显示了肿瘤细胞用于逃避这种攻击的策略。为这项工作开发的方法有助于更好地理解免疫防御与疾病之间的“军备竞赛”。结果可能有助于改善现代治疗方法。它们已经发表在《免疫》杂志上。癌细胞与健康的人体细胞不同-外观，行为和其中活跃的基因。通常，这并不容易被忽视：免疫系统会记录到某些错误，并派遣其部队与肿瘤作斗争。但是，这种反应通常太弱，无法长期控制甚至破坏癌症。因此，研究人员多年来一直在努力增强免疫系统的防御反应。他们这样做的方式与警察将他的狗放在逃脱的罪路上的警察类似。在这种情况下，嗅探犬的作用被细胞毒性T细胞所取代：它们可以检测并杀死患病或有缺陷的细胞。每个T细胞针对特定特征，也称为抗原。因此，对于癌症疗法，研究人员正在寻找可检测肿瘤抗原的患者中的T细胞。然后，他们可以例如将它们相乘并将它们重新注入患者体内。通过这种方式，它们可以增强患者对癌症的免疫反应。然而，不幸的是，许多肿瘤已发展出使它们能够逃避免疫系统的策略。波恩大学医院实验肿瘤研究所的迈克埃弗恩博士解释说：“在我们的研究中，我们研究了这些策略的长处以及所依赖的策略。”“我们专注于皮肤癌，即黑色素瘤细胞。”黑素瘤在几个方面与健康细胞不同。例如，各种不同的基因在其中均具有活性。这些都是T细胞的潜在抗原。但是，哪一种特别适合触发强烈而持久的免疫反应?为了回答这个问题，研究人员在他们的实验模型中发明了一种聪明的方法：他们将一种标记物附着在活跃于黑素瘤细胞发育中的各种基因上，并利用它们产生抗原。然后，他们释放了一组针对肿瘤细胞的T细胞，后者将这一分子标记准确地识别为疾病标记。然后，研究人员使用这种策略来研究癌细胞对免疫系统所追寻的反应。根据标记有这种标签的基因，他们发现了显着差异。癌细胞隐藏在免疫系统之外。Effern的同事Nicole Glodde博士解释说：“当T细胞针对负责黑色素瘤典型特征的基因时，我们观察到癌细胞会随着时间的推移改变其外观并抑制这些基因。”“所以这就是他们躲避免疫系统的方式。”相反，该研究中研究的另一种基因对于肿瘤的生存至关重要。这使得下调从而隐藏起来并不那么容易。Effern强调说：“因此，我们认为该基因具有诱导非常有效的T细胞反应的潜力。”波恩大学医院实验肿瘤学研究所所长，波恩大学卓越免疫免疫集群成员MichaelHölzel教授希望：“我们的工作可能为更有效的免疫疗法扫清道路。”“我们开发的方法还可以更好地了解癌细胞在免疫系统的监视下滑动的过程。”

p 　　卵母细胞体外成熟是辅助生殖领域已开展近30年的一项重要技术，在预防卵巢过度刺激综合征，保存女性生育力，拓展辅助生殖技术应用领域等展现出巨大的应用价值。 /p p /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/200e2031-e412-4cd0-a657-9cb63171a9a6.jpg" title=" NewsDataAction.png" / /p p 　　在啮齿类及家畜等动物中，卵母细胞经过体外成熟后，依然可以保持较高的发育潜能，但是人类辅助生殖临床中发现，体外成熟卵母细胞发育潜能较差，形成胚胎的流产率相对较高，且尚无公认的有效改善措施。此前有多项研究揭示小鼠卵母细胞成熟过程中的关键分子，然而对人类卵母细胞成熟过程中的分子表达特征尚不明确。 /p p 　　2月27日，北京大学第三医院乔杰院士团队的李蓉教授、于洋副研究员与广州医科大学附属第三医院范勇教授，昆明理工大学谭韬副教授团队合作，在Antioxidants & amp Redox Signaling杂志在线发表题为“Single-cell transcriptomics of human oocytes: environment-driven metabolic competition and compensatory mechanisms during oocyte maturation”的研究成果，揭示了体外培养影响人卵母细胞成熟及发育潜能的关键分子及其作用机制。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/2df4c471-0a8d-4c97-a46b-adbe430a85dd.jpg" title=" NewsDataAction-2.png" / /p p /p p 　　在该研究中，研究者在伦理委员会指导下，通过来自于3名女性捐赠的6枚卵母细胞（每名女性捐赠1枚成熟与1枚不成熟卵母细胞），利用单细胞转录组测序技术，从整体水平上，对体外成熟卵母细胞中的RNA表达特征进行了阐述，并利用小鼠模型、干细胞模型、人类样本等，从基因、亚细胞结构、细胞发育等不同层面，系统揭示了代谢通路关键分子ACAT/HADHA-DPYD在维持卵母细胞发育潜能方面扮演重要的角色。 /p p 　　首先，研究者利用高通量测序与生物信息学分析手段，明确代谢通路的改变是体外成熟卵母细胞与体内成熟卵母细胞的最典型差异。进而，通过多种筛选手段，包括与不同质量的体内成熟卵母细胞比较、物种间比较等，明确三种与辅酶A相关的酶编码基因（ACAT1、HADHA、DPYD）是潜在影响体外成熟卵母细胞发育潜能的靶标分子（下图）。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/4ca2142c-ebee-4bd7-a0cd-9cd6e94c59c1.jpg" title=" NewsDataAction-3.png" / /p p /p p style=" text-align: center " 筛选与人体外成熟卵母细胞发育潜能相关的靶标分子 /p p 　　其中，ACAT1和HADHA协同调控三羧酸循环的底物乙酰辅酶A与琥珀酸的生成，间接影响三羧酸循环的效率，导致线粒体功能不足。同时发现，三羧酸循环酶类的激活剂钙离子在体外成熟卵母细胞中浓度降低，再次提供证据表明体外成熟卵母细胞线粒体功能及能量代谢异常。 /p p 　　然而，为维持发育的进行，卵母细胞在钙离子摄入障碍的情况下，内源钙离子释放，实现钙离子浓度代偿。同时，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸转氢酶（NNT）编码基因上千倍上调表达，促进体内NADH与NADP+的生成。一方面NADH可以提供额外的能量供卵母细胞成熟发育，缓解线粒体功能失调导致的NADH生成减弱，维持其细胞质的生物学功能；另外一方面，NADP+的生成上调DPYD表达，对体外成熟卵母细胞中出现的异常DNA双链断裂进行修复，维持其细胞核的生物学功能。 /p p 　　综上所述，研究者首次利用严格的对照，排除不同人群遗传的潜在影响，从组学筛选到靶标分子的生物学功能鉴定的系列实验中，明确人体外成熟卵母细胞从受损到功能代偿的分子机制。研究在提示辅助生殖技术每一步操作都潜在对生殖细胞产生影响的同时，也为辅助生殖技术的持续优化提供了理论基础。 /p p 　　据悉，北京大学第三医院2011级博士生赵红翠为本文的第一作者，2017级博士生李天杰，赵越副研究员，昆明理工大学谭韬副教授为本文共同第一作者，北京大学第三医院李蓉教授为该论文的通讯作者，于洋副研究员，广州医科大学附属第三医院的范勇教授为共同通讯作者。 /p

p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 基因组编辑是在基因组水平对基因进行精确、定向修饰的一种高效生物技术方法。简单、高效的CRISPR/Cas9编辑体系的出现给生命科学带来了新的技术革命。CRISPR/Cas9通常在基因组靶向位点造成DNA碱基的添加或删除，导致基因功能的缺失。近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞研究组建立了一个通过CRISPR/Cas9高效调控内源mRNA翻译的方法。该方法可通过提高蛋白质翻译效率，增加目标基因的编码蛋白水平。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 蛋白编码基因的表达产物一般受到转录、转录后RNA加工、蛋白质翻译及翻译后加工、蛋白降解等多个水平的调控。真核细胞的mRNA由5’非翻译区（5’Untranslated Region，5’UTR）、编码蛋白的开放阅读框区（Open Reading Fragment）及3’端非翻译区（3’Untranslated Region，3’UTR）构成。研究发现，5’UTR存在一些具有翻译能力的开放阅读框，称为上游开放阅读框（Upstream Open Reading Fragment，uORF）。与之对应，5’UTR之后的开放阅读框被称为主开放阅读框（Primary Open Reading Fragment，pORF）。uORF通常能够抑制下游的pORF的翻译。生物信息学分析表明，uORF在动植物中广泛存在，人、小鼠、拟南芥、水稻、玉米中超过30%的mRNA含有预测的uORF，但还缺乏高效、精细的方法对uORF进行功能研究与遗传操作。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 高彩霞研究组利用CRISPR/Cas9对uORF进行编辑，发现能够显著提高目标基因的翻译效率。通过CRISPR/Cas9编辑拟南芥和生菜中的4个基因的uORF翻译起始区及周边序列，获得了多个相应基因的uorf突变体。这些uorf突变体目标基因的pORF的mRNA翻译水平都有不同程度的提高。其中，通过突变维生素C合成途径中关键基因GGP（GDP-L-galactose phosphorylase）上游的uORF，可使生菜叶片中维生素C含量提高约150%。利用CRISPR/Cas9编辑uORF翻译起始区会出现两种结果：（1）完全破坏uORF的翻译起始能力导致uORF功能缺失；（2）改变uORF的翻译起始密码子（例如ATG突变为翻译起始能力较弱的GTG）及其周边序列，使uORF对pORF的抑制效率发生微调。该研究展示了通过基因组编辑uORF操纵mRNA翻译，调控蛋白质水平在植物分子生物学研究及遗传育种中的应用前景。此外，该方法可能随着新型基因组编辑工具不断出现及方法的进一步优化，而变得覆盖率更广且更易操作。由于uORF在动植物基因中普遍存在，该方法也具有广阔的应用前景。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 相关成果于8月6日发表在《自然-生物技术》上。高彩霞研究组副研究员张华伟，博士研究生司小敏、姬祥为论文共同第一作者。该研究得到了科技部、国家自然科学基金委基础科学中心、中科院的资助。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/db01d975-1e1c-43d2-8ca4-feabbe73f981.jpg" title=" W020180807251428902441.jpg" / /p p style=" text-align: center " CRISPR编辑uORF调控蛋白质翻译水平 /p

一直以来，科学家们都知道细胞重编程可以逆转衰老，从而导致间充质干/基质细胞（MSCs）的活动和功能下降。但是他们尚未弄清楚是什么分子机制导致了这种逆转。最新一项研究解答了这个谜题，不仅提出了关于MSC衰老和相关疾病的新见解，而且也为开发减少或逆转衰老过程的药理策略提供了帮助。这一研究发现公布在STEM CELLS杂志上。由威斯康星大学麦迪逊分校的科学家组成的研究小组利用细胞重编程（一种通常用于逆转细胞衰老的方法）建立了遗传上相同的新老细胞模型。首席研究员Wan-Ju Li博士解释说：“虽然与以前通过细胞重编程使MSC再生的发现相一致，但我们的研究进一步揭示了如何通过分子调控重编程的MSC来改善细胞衰老的标志。”研究人员首先从人关节液（SF-MSC）（即在膝盖，肘部和其他关节中发现的液体）中提取MSC，然后将它们重新编程为诱导多能干细胞（iPSC）。然后，将这些iPSC还原为MSC，从而使MSC焕发了青春。李博士说：“当我们将重编程的MSC与未恢复活力的亲本MSC进行比较时，我们发现与亲本相比，重编程的MSC的衰老相关活性大大降低。这表明细胞衰老的逆转。”接下来，研究小组对细胞进行了分析，确定重编程是否导致整体基因表达发生变化。结果发现，与对照细胞相比，在重编程的细胞中GATA6的表达受到抑制，这是一种在肠道，肺和心脏发育中起重要作用的蛋白质。这种抑制作用导致称为SHH（Sonic Hedgehog）的胚胎发育所必需的一种蛋白质的活性增加，以及另一种蛋白质FOXP1的表达水平增加，后者是大脑，心脏和肺部正常发育所必需的。“因此，我们确定了GATA6/SHH/FOXP1途径是调节MSC衰老和恢复活力的关键机制。”“在控制MSC老化中发现了GATA6/SHH/FOXP1途径是一项非常重要的成就。” STEM CELLS主编Jan Nolta博士说，“过早的衰老会阻碍这些有希望的细胞扩增的能力，同时又保持其临床用途，这对控制分化和衰老的途径也非常有价值。”为了确定哪些Yamanaka转录因子（用于衍生iPSC的四个重编程基因）参与了iPSC中GATA6的阻遏，研究小组分析了GATA6的表达。由此发现只有OCT4和KLF4能够调节GATA6活性，这一发现与之前的几项研究一致。“总体而言，我们能够证明SF-MSC由于细胞重编程而经历了性质和功能的重大变化。iPSC-MSC的这些变化共同表明细胞衰老得到改善。最重要的是，我们能够鉴定出GATA6/SHH/FOXP1信号通路是控制细胞衰老相关活动的潜在机制。”李博士说。“我们相信我们的发现将有助于增进对MSC衰老及其在再生医学中意义的更深一步了解。”

肠道是人体重要的消化器官，肠道由不同的解剖区域组成，这些区域发育速度不同，在消化、营养吸收、代谢和免疫调节中也发挥着不同的作用。正确认识肠道细胞的分化过程对于肠道疾病的研究至关重要。　　近期，英国桑格研究所的研究团队发布了人体肠道细胞综合图谱。相关研究在《Nature》发表，题为：Cells of the human intestinal tract mapped across space and time。　　研究人员通过单细胞RNA测序和抗原受体分析等技术手段，对人体发育的5个解剖区域和肠道的11个解剖区域的近50万个细胞进行分析。对于肠道细胞类型和数量，以及不同阶段变化情况做出详尽说明，准确地显示肠道细胞从早期胚胎如何开始分化和发育的。研究还发现了在人类早期发育中促进次级淋巴组织形成的关键细胞,这些细胞在婴儿期肠道疾病中发挥着重要作用，可以激活免疫细胞保护婴儿肠道健康。　　该研究不仅建立了完备的肠道细胞目录，也为进一步了解肠道的发育、菌群平衡和疾病发生奠定了基础。 　　注：此研究成果摘自《CELL》，文章内容不代表本网站观点和立场。　　论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03852-1

以色列希伯来大学哈达沙医学院的分子生物学家霍华德• 塞达尔教授和癌症研究专家伯格曼教授，发现了使胚胎干细胞分化为不同组织和器官细胞的机制。 　　他们研究发现，胚胎干细胞分化过程受一个称为G9a基因的影响，该基因可使让胚胎干细胞分化为不同组织和器官的基因关闭，从而使其无法发挥作用。据认为，该研究成果对今后的干细胞治疗具有重要意义。 　　胚胎干细胞是早期胚胎中尚未分化的全能细胞，它们与成体细胞不同，具备发育为各种组织和器官的潜力。负责这项研究的塞达尔教授解释说，当胚胎在子宫中着床后，细胞的分化过程即开始了。此时，细胞内有两种控制机制发生作用，一种使细胞保持其全能状态的基因被关闭，另一种使细胞发育为肌肉等特定组织的基因被启动。胚胎干细胞一旦开始分化为不同的组织细胞，便失去其全能性。 　　目前，一些科学家用成体细胞培育干细胞取得了一定进展，但这项研究也面临较大难度，主要是成体细胞已经失去了胚胎干细胞的特有潜力，很难通过重组使其达到胚胎干细胞的程度。塞达尔教授的这项研究成果为今后干细胞治疗带来了新的希望。科学家将来或许可以利用胚胎干细胞分化机制培育出新的组织和器官，用于取代人体中的病变部分。

p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201901/uepic/62139129-db23-4bbb-8cbc-637d0cd43a9b.jpg" title=" 1.jpg" alt=" 1.jpg" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 400px " / /p p style=" text-indent: 2em " 自2009年单细胞测序技术问世，2013年单细胞测序技术被Nature Methods评为年度技术以来，它越来越多被应用在科研领域。 strong 2015年以来随着10X Genomics、Drop-seq、Micro-well、Split-seq等技术的出现，彻底降低了单细胞测序的成本门槛 /strong 。自此单细胞测序技术被广泛应用于基础科研和临床研究，相应成果也备受CNS青睐，文章如雨后春笋般频频出现在高分杂志。2018年单细胞测序技术的研究成果涉及到 strong 肿瘤微环境、免疫治疗，动植物胚胎发育，心血管疾病的发生发展机制 /strong 等众多领域，单细胞检测新技术也是层出不穷，博奥晶典日前对该领域的突破与变革进行了盘点。 br/ /p p 　　 span style=" color: rgb(192, 0, 0) " strong 单细胞测序之肿瘤微环境 /strong /span /p p 　　 strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 1. Nature及Nature Medicine两连发：北京大学张泽民教授课题组重磅解析结直肠癌和肺癌免疫微环境 /span /strong /p p 　　2018年6月、10月张泽民教授课题组分别在Nature Medicine和Nature发布重大研究成果，在单细胞水平绘制肺癌和结直肠癌T细胞免疫图谱，揭示了肺癌和结直肠癌T细胞的亚群分类、组织分布特征、肿瘤内群体异质性及药物靶基因表达情况，鉴定了跨组织分布的T细胞类群及亚群间潜在的状态转换关系，这对于肺癌和结直肠癌的诊断和治疗具有重大意义。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201901/uepic/7906f0e2-5b3c-41f4-99ad-85ed22ec68c2.jpg" title=" 2.jpg" alt=" 2.jpg" width=" 600" height=" 258" border=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 258px " / /p p style=" text-indent: 2em " strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 2. Cell：美国研究团队绘制目前规模最大免疫细胞图谱，探索乳腺癌免疫微环境 /span /strong /p p 　　2018年8月23日，美国纪念斯隆-凯特琳癌症中心团队，使用单细胞转录组测序，分析了人乳腺肿瘤以及配对的正常乳腺组织，外周血和淋巴结4个组织来源的共47016个免疫细胞的基因表达特征。揭示肿瘤内淋巴细胞和髓系细胞的异质性，与正常乳腺组织相比表现出显著的表型扩增。这种异质性通过各种环境刺激反应引起的组合基因的表达，且TCR的特异性参与了T细胞组合基因表达的形成。所观察到的T细胞状态的连续性变化颠覆了之前较少分化或激活离散状态形成的肿瘤微环境的经典概念。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201901/uepic/1aec8376-6555-4e79-bf34-d215a679860b.jpg" title=" 3.jpg" alt=" 3.jpg" / /p p style=" text-indent: 2em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 3. Cell：以色列研究团队使用单细胞转录组测序揭示黑色素瘤肿瘤浸润T细胞的转录组异质性和分化途径 /strong /span /p p 　　2018年12月，以色列Ido Amit实验室李汉杰博士等通过对25名黑色素瘤患者肿瘤中免疫细胞的单细胞转录组测序和单细胞TCR测序分析，绘制黑色素瘤详尽的免疫细胞图谱。该研究发现尽管不同免疫细胞亚型存在于大多数患者中，但是它们的相对丰度在不同患者中存在很大差异。此外，尽管丰度不同，所观察到的CD8T细胞的的分化途径却是高度保守的。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201901/uepic/4bcc0345-c9ed-4d27-b43f-7651eb206877.jpg" title=" 4.jpg" alt=" 4.jpg" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 400px " / /p p style=" text-indent: 2em " strong span style=" color: rgb(192, 0, 0) " 单细胞测序之人脑“中央处理器” /span /strong /p p 　　 strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 1. Nature：中国科学家王晓群等人首次解析人脑“中央处理器”，领先美国脑计划 /span /strong /p p 　　2018年3月，中国科学家团队在国际顶级期刊Nature发表重要研究成果，研究团队使用单细胞转录组测序分析了2300多个来源于8~26孕周、尚处于发育阶段的人类前额皮质细胞。该研究明确了细胞构成、重构了这些神经细胞类型之间的发育谱系关系，比美国“脑计划中的细胞图谱部分”快了一步。 这为解答前额叶皮层如何参与“思考和思想形成”这一关键问题的后续研究提供了高精度的细胞图谱，是前额叶皮层发育研究史上的重要突破和重大进展。 /p p 　　 strong span style=" color: rgb(192, 0, 0) " 单细胞测序之细胞图谱 /span /strong /p p 　　自2017年，“人类细胞图谱计划”开展以来，2018年进展神速，3月，Sanger研究所官网宣布，完成了25万个发育细胞测序。研究成果已经陆续Online，为我们后续使用单细胞测序开展研究提供了丰富的数据资源。 /p p 　 strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 　1. Science：7万个肾组织单细胞测序数据，揭示肾癌细胞身份标签 /span /strong /p p 　　2018年8月10日，英国剑桥大学韦尔科姆基金会桑格学院研究所在Science发表题为“Single-cell transcriptomes from human kidneys reveal the cellular identity of renal tumors”的文章，该研究通过分析72501个肾组织细胞的转录组数据特征，并结合了对应肾癌组织的全基因组测序数据，鉴别了正常的肾细胞和癌变的肾细胞，精确地解释了人类肾癌各组分及对应的细胞特征。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201901/uepic/8896820f-d722-4fc0-b39e-f63910fef3e3.jpg" title=" 5.jpg" alt=" 5.jpg" / /p p 　　 strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 2. Nature：7万个单细胞测序数据，绘制了人类妊娠6-14周胎盘最详细细胞图谱 /span /strong /p p 　　2018年11月15日，英国剑桥桑格研究所的研究人员在Nature上发表了题为“Single-cell reconstruction of the early maternal–fetal interface in humans”的研究成果，该研究对妊娠早期(6~14周)胎盘的约7万个细胞进行单细胞转录组测序并绘制了胎盘细胞图谱，为理解人类妊娠早期胎盘的细胞组成和细胞通讯带来了新见解。此外，这项研究还探索了对妊娠成功至关重要的维持生理环境稳定的机制。 /p p 　　该研究发现了个别细胞亚群的特化功能，并鉴定出了可能有助于使有害母体免疫反应最小化的调控互作。此外，该研究还鉴定出了蜕膜自然杀伤细胞(dNK，decidual natural killer)的三个主要亚群。在初次妊娠期间，dNK1亚群细胞与特定的胎盘细胞之间的互作可能使dNK1细胞能够更加有效地应答再次妊娠时的胎盘植入。这些发现为理解早期妊娠提供了重要信息，对提高妊娠相关疾病的诊疗具有一定意义。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201901/uepic/08298ac6-3361-4cbf-9217-6a11afe3c76c.jpg" title=" 6.jpg" alt=" 6.jpg" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 400px " / /p p style=" text-indent: 2em " strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 3. Cell：1500个样品的单细胞测序数据，构建出人类迄今最详尽免疫细胞图谱 /span /strong /p p 　　2018年11月15日，美国拉霍亚免疫学研究所的研究人员在Cell发表了题为“Impact of Genetic Polymorphisms on Human Immune Cell Gene Expression”的研究成果，并构建了DICE数据库(https://dice-database.org/)分享他们的数据，通过该数据库，全世界的科研学者可以探究这些数据，探究他们与基因、细胞类型或者疾病存在的关联。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201901/uepic/9da30748-f8a7-477a-abb6-0790852c2691.jpg" title=" 7.jpg" alt=" 7.jpg" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 400px " / /p p 　　 strong span style=" color: rgb(192, 0, 0) " 单细胞测序之胚胎和组织器官发育 /span /strong /p p 　　一个受精卵，如何从单细胞发育分化为不同的细胞类型，一个成熟的组织或者器官又是如何一步步发育而来，一直是个未解之谜。单细胞测序的出现为解开这些谜团提供了强有力的工具。 /p p 　　 strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 1. PNAS：10X 平台国内首篇科研论文，发现肺泡发育和再生的新机制 /span /strong /p p 　　2018年2月，北京生命科学研究所的汤楠、蔡涛团队，使用单细胞转录组测序技术在肺泡发育和再生研究领域取得突破性进展，发现肺泡I型细胞(ATI)在肺泡发育和再生过程中存在异质性，lgfbp2是一种高度特异性的AT1细胞终末分化标记，为肺部疾病和肺再生功能的遗传和细胞机制提供了重大参考。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201901/uepic/6d766f8d-6e2d-489d-ad72-6ae591c3374e.jpg" title=" 8.jpg" alt=" 8.jpg" width=" 600" height=" 257" border=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 257px " / /p p style=" text-indent: 2em " strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 2. 3篇Science长文：揭开早期胚胎发育神秘面纱 /span /strong /p p 　　2018年4月26日，哈佛大学的科研团队在Science杂志同时发表三篇文章，用单细胞转录组测序技术绘制了斑马鱼和非洲蟾蜍胚胎发育过程的细胞图谱，研究成果为我们理解发育生物学提供了重大线索。 /p p 　　通讯作者之一Allon Klein在哈佛医学院官方新闻中表示，“通过单细胞测序技术，我们现在可以在一天的工作中重复出过去数十年来关于生命早期阶段细胞命运决定的研究(With single-cell sequencing, we can, in a day’s work, recapitulate decades of painstaking research on the decisions cells make at the earliest stages of life)”。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201901/uepic/7199c918-8557-4804-a0b8-343c3ef1c1a0.jpg" title=" 9.jpg" alt=" 9.jpg" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 400px " / /p p 　　 strong span style=" color: rgb(192, 0, 0) " 单细胞测序之单细胞转录组测序新技术 /span /strong /p p 　　 strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 1. Cell：浙江大学郭国骥团队创建基于Micro-well单细胞检测技术，绘制国际首张哺乳动物细胞图谱 /span /strong /p p 　　2018年2月23日，浙江大学医学院郭国骥团队在Cell杂志发表了题为“Mapping the Mouse Cell Atlas by Microwell-seq”的科研论文。该研究成果利用实验室自己开发的一套Microwell单细胞测序检测技术，对小鼠近50种组织器官的40多万细胞进行了单细胞转录组测序，绘制了国际首个哺乳动物的细胞图谱。该技术不仅提高了单细胞技术的检测丰度，检测费用相对于油滴包裹的单细胞测序技术降低了一个数量级。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201901/uepic/b9f8b3e8-619e-4ac4-b9c6-65ac2dda25ff.jpg" title=" 10.jpg" alt=" 10.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" text-indent: 2em " 基于Micro-well的单细胞转录组测序技术原理 /span /p p 　　 strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 2. Science：SPLit-seq将单个细胞的转录组测序建库成本降至1美分 /span /strong /p p 　　2018年3月16日，美国艾伦研究所和华盛顿大学的研究团队在Science发表科研论文，该技术通过成本低廉的组合条形码原理，将单细胞转录组测序成本降低到1美分，从而使单细胞转录组测序这个高大上的技术彻底“平民化”，再一次打破了单细胞检测的费用门槛。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201901/uepic/1f6830ff-bda2-4278-aa44-55dbeea3ceb6.jpg" title=" 11.jpg" alt=" 11.jpg" / /p p style=" text-indent: 2em " strong span style=" color: rgb(192, 0, 0) " 单细胞测序之单细胞其他组学检测技术 /span /strong /p p 　　2018年单细胞检测新技术频出，为我们更好认识细胞和开展单细胞水平的研究提供了丰富的解决方案。 /p p 　　 strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 1. BD公司单细胞靶向基因检测方案推出，灵活的订制体系为单细胞检测技术走向转化提供了温床 /span /strong /p p 　　2018年1月，BD公司基于Micro-well检测原理推出BD Rhapsody单细胞测序平台，靶向基因的检测更有利于低表达基因的检出。针对乳腺癌、免疫反应、T细胞、干细胞等设计了多个Panel，大幅降低了单细胞测序检测费用，使得单细胞测序技术走向临床转化成为可能。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201901/uepic/c5ded522-4d7b-4c03-a023-d7c5fac06a79.jpg" title=" 12.jpg" alt=" 12.jpg" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 400px " / /p p 　　 strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 2. 10X Genomics单细胞CNV解决方案推出，助力大规模单细胞基因组检测 /span /strong /p p 　　2018年6月，10X Genomics公司推出单细胞CNV解决方案，该方案基于Droplet的原理可以并行分析数千个细胞的单细胞DNA，并通过基因组比对获取每个细胞在基因组不同位置的倍性。该解决方案使单细胞基因组学研究得以加速，从单个细胞到群体单细胞研究。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201901/uepic/53fff5ce-65fd-4f2e-a9c1-a731846e73c3.jpg" title=" 13.jpg" alt=" 13.jpg" width=" 600" height=" 169" border=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 169px " / /p p style=" text-indent: 2em " strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 3. BD公司Abseq检测技术，推动单细胞表面蛋白检测 /span /strong /p p 　　2018年9月，BD公司利用其多年在流式检测和抗体检测的经验，推出单细胞细胞表面蛋白解决方案，BD Abseq assay。该技术将高质量的抗体和寡核苷酸结合在一起，使得科研人员能够在BD平台开展单细胞表面蛋白的检测。此外，通过改进该技术还可以与单细胞RNA同时检测，完整揭示出单个细胞内基因和蛋白在生物学系统中的作用。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201901/uepic/c066cdd1-360d-4789-b890-ab55f1299506.jpg" title=" 14.jpg" alt=" 14.jpg" width=" 600" height=" 300" border=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 300px " / /p p 　　 strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 4. 10X Genomics单细胞检测技术与ATAC-seq强强联合：推出首个大规模单细胞表观遗传学解决方案——单细胞ATAC检测技术 /span /strong /p p 　　Science和Nature在2015年分别发表了《通过标记组合细胞研究单细胞染色质可及性》和《单细胞染色质可及性揭示转录调控机理》两篇文章。这两篇论文先后提出利用单细胞ATAC-seq技术对染色质可及性进行检测，探索细胞转录调控机制，解决了以往存在的细胞异质性难题，成为ATAC-seq技术的一大突破。 /p p 　　2018年10月，10X Genomics单细胞ATAC-seq解决方案正式推出，其基于10X Genomics Chromium平台，在单细胞水平对细胞染色质开放区域进行检测的新技术。可用于绘制细胞染色质开放区的单细胞图谱，是一种单细胞水平研究表观遗传学的有效手段。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201901/uepic/56d308fc-04d3-40fe-a076-aac1026893ba.jpg" title=" 15.jpg" alt=" 15.jpg" width=" 600" height=" 293" border=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 293px " / /p p style=" text-indent: 2em " strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 5. The Scientist评选2018年十大创新技术，10X Genomics单细胞免疫组库检测技术荣获第4 /span /strong /p p 　　2018年12月，在10X Genomics公司先后推出针对人和小鼠的单细胞TCR+BCR检测方案后，科学家杂志对此给予高度评价，年底的十大创新技术评选中，该技术荣获第4。单细胞免疫组库检测除了可以获取单细胞的基因表达数据外，还可以获取编码免疫细胞表面受体(TCR/BCR)的基因序列信息,借此我们可以轻松地获取到一个细胞内的α链β链，以及重链轻链的组合信息，为我们更为全面的认识免疫细胞提供了精细准确的解决方案。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201901/uepic/b35a2172-9071-4a63-995f-c7547c9019f5.jpg" title=" 16.jpg" alt=" 16.jpg" width=" 390" height=" 500" border=" 0" vspace=" 0" style=" width: 390px height: 500px " / /p p style=" text-indent: 2em " strong span style=" color: rgb(192, 0, 0) " 单细胞测序之细胞空间定位 /span /strong /p p 　 strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 　1. Cell：斯坦福大学科研团队首次发现肿瘤细胞和免疫细胞的结构化空间分布 /span /strong /p p 　　2018年9月6日，斯坦福大学科研团队在Cell发表题为“A Structured Tumor-Immune Microenvironment in Triple Negative Breast Cancer Revealed by Multiplexed Ion Beam Imaging”的研究论文，该文章改善了原位成像检测一两个蛋白这种低通量的检测手段，使用不同的同位素标记36个蛋白，然后通过离子束激发，产生对应的离子信息，从而获得多个蛋白在单细胞水平的信息。通过该技术，我们可以系统地理解乳腺癌肿瘤细胞和不同种类免疫细胞的空间分布特征，而获取到这些信息，也能更为精确地帮我们认识不同患者的细胞分布特征，进而评估免疫治疗的预后。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201901/uepic/798c3809-8e27-485b-b87d-e4cb1ab68ab2.jpg" title=" 17.jpg" alt=" 17.jpg" width=" 600" height=" 300" border=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 300px " / /p p 　　 span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 2. 2018年12月，10X Genomics收购Spatial Transcriptomics，拓展“空间基因组学”业务 /strong /span /p p 　　该技术将组织学和基因表达分析相结合，结合显微镜成像技术和RNA测序技术，可以从一片完整的冰冻组织切片中，获取切片上不同位置细胞中的完整转录组数据。它不仅可以获取单细胞的基因数据，还可以比较组织不同部位的细胞基因信息变化，了解细胞间的相互作用，在肿瘤学、神经科学和免疫学等疾病领域提供了丰富的可能性和广阔的应用前景。 /p

7月29日，在第十二届细胞产业大会的单细胞多组学与临床应用分论坛上，华大智造重磅发布其在单细胞领域的两款最新产品，单细胞液滴生成仪 DNBelab C-TaiM 4（泰山），以及单细胞表观组学产品scATAC建库试剂盒。单细胞液滴生成仪 DNBelab C-TaiM 4（左）及单细胞表观组学产品scATAC建库试剂盒（右）这是华大智造继DNBelab C系列高通量单细胞转录组建库试剂盒产品后，单细胞组学全流程产品家族补充的重要产品，更为完善的产品组合也将更好地赋能全球生命科学实验室开启规模化、标准化的单细胞多组学研究。两款新品加持单细胞测序全流程本次上新的单细胞液滴生成仪DNBelab C-TaiM 4 （以下简称TaiM4）的命名灵感来源自“泰山”，传递了华大智造不断攀登技术极限的理念。TaiM 4能为细胞或细胞核的分离和标签提供稳定的动力。该仪器配备4个独立控制的微流控通路，同时兼容单细胞ATAC文库和3’ RNA文库制备需求，支持1-4个样本的灵活上样。它延续了华大智造单细胞产品小巧轻便、即开即用的优点，适用于2500米以下的海拔实验环境。此外，该设备在单细胞ATAC文库制备过程中的细胞核分离、标记过程仅需6分钟；在单细胞3’RNA文库制备过程中的细胞核分离、标记过程仅需9分钟。华大智造单细胞液滴生成仪DNBelab C-TaiM 4另外一款上新产品是DNBelab C系列高通量单细胞ATAC文库制备试剂盒套装及配套的微流控载片。和DNBelab C-TaiM4 单细胞液滴生成仪配套使用，可以完成数万细胞核的ATAC文库制备。试剂盒套装包含液滴生成使用的百万级标签磁珠、自主开发的液滴生成油、以及适配华大智造测序仪的文库制备试剂等。该产品基于精密压力驱动微流控技术，污染率低，可完成高质量单细胞ATAC文库的制备和数据产出。可用于免疫组学、肿瘤、神经科学、发育生物学等领域的单细胞研究。两篇Nature 科研应用表现不俗值得一提的是，scATAC建库试剂盒已经在科研应用中牛刀小试，早期试用的结果已用于2篇Nature文章中，产品数据表现不俗。一站式平台 助力单细胞多组学标准化、规模化华大智造作为生命科技核心工具缔造者，能够为单细胞测序全流程提供独一无二的一站式平台。其中，针对细胞/细胞核制备环节，华大智造提供小鼠多组织解离试剂盒和50+物种组织解离方案指南；此外，已经发布的DNBelab C系列3’ RNA建库产品，已经产出了 30000+例样本数据，覆盖了40多种物种类型和300多种组织类型，重磅预告了不同物种组织的3’ RNA数据表现白名单，并展示了部分数据；在数据分析环节，提供配套的单细胞高通量、高精度多模态分析平台，不仅能够对单细胞测序数据进行简单的质控，还支持更多功能的分析和多组学数据的整合。华大智造产品市场中心总监汪婧婧博士在发布会现场表示：“华大智造在单细胞领域，除了为科研人员提供单细胞建库产品和基因测序产品MGISEQ-2000、DNBSEQ-T7、DNBSEQ-T20外，还能够提供自动化文库制备系统MGISP-100，将复杂的单细胞文库制备过程转移到自动化平台一键运行，为单细胞行业引入了全新的自动化概念，这将开启单细胞湿实验标准化时代的到来，我们也坚信单细胞多组学标准化、规模化时代终将来临。”汪婧婧博士华大智造产品市场中心总监单细胞产品家族图自动化建库流程图在单细胞产品领域，华大智造通过其率先发布的DNBelab C系列产品，已收获了众多企业及科研用户的好评。在过去的一年时间里，国内已有9个企业认证成为华大智造单细胞产品服务商，终端使用客户数量100多家。在科研产出上，基于华大智造单细胞测序平台，已累计产出高质量文章50多篇，其中包括2篇Nature，1篇Cell，其中有21篇文章IF＞10，充分证明了该单细胞平台性能的优越性。小结：单细胞技术是当前测序领域最火的技术之一，相关公司超过50家，其中不乏众多国产企业。作为国内基因测序上游龙头企业，华大智造并非在单细胞领域走的最快的，但其追赶之势十分迅猛，加上本身先天平台优势，大有后来者居上的势头。如其所言：“未来，华大智造将进一步深耕单细胞组学领域，发挥自身在基因测序设备领域、实验室自动化领域的优势，为规模化的科学研究、为单细胞组学全面进入临床及精准健康研究，提供更为优质、标准的系列产品组合，赋能单细胞多组学标准化、规模化时代”。

“作为一种高端科学仪器，电子显微镜在细胞学研究中发挥着至关重要的作用，助力科学家们深入探索细胞这一‘小宇宙’的功能与奥秘。”中国科学院广州生物医药与健康研究院（以下简称广州健康院）分析测试中心电子显微成像技术平台（以下简称电镜平台）负责人、高级工程师李合英对《中国科学报》表示。针对广州健康院特色研究领域，电镜平台在动物组织、细胞、病毒和蛋白等大颗粒样品的处理上进行了上百次技术优化，重点支撑了细胞谱系及发育、感染与免疫、蛋白解析等方向的多项重大科研项目顺利开展。记者了解到，依托该平台开展生物样本超微结构分析，发表了国际知名刊物论文100余篇。助力细胞超微结构功能探索为了寻找预防和治疗脑梗死的药物，广州健康院研究员潘光锦团队通过研究脑缺血动物模型，确认研究药物的疗效及作用机制。在此过程中，需要对神经元的亚细胞器以及神经突触等超微结构深入到纳米级进行观察。常规的光学显微镜分辨率无法达到分辨突触前后膜的尺度，需要利用电镜技术进行确认。李合英十年如一日，系统地研究和掌握了各类生理病理性组织器官的电镜制备特点，练就了高超的电镜样品制备技术和高水平结构解析能力。她聚焦线粒体和自噬体超微结构，对神经干细胞移植后的发育情况进行观测，帮助研究团队揭开脑缺血谜题，并揭示了脑缺血神经元损伤修复的生理机制。为了追踪肠道炎症的发病机制，揭示磷酸肌醇-3-激酶3（pik3c3）突变对肠道发育的影响，李合英利用电镜超微结构成像技术，对野生型和突变品系肠道的不同发育阶段进行超微结构研究，确定了引起突变体肠道炎症表型的罪魁祸首，成功攻克了常规病理不能解决的难题。最终与研究团队一起建立了新的肠道炎症模型，为寻找临床新靶点奠定了理论基础。据了解，电镜平台自成立以来，在细胞谱系超微结构解析、病毒感染免疫机制探索、蛋白质结构解析、药物研发生物验证等研究方向开展项目研究和超微结构观察，先后揭示了神经细胞、心肌细胞、肝细胞、肾脏细胞等多种细胞类型的不同超微结构特征，为细胞超微结构的功能研究提供了重要证据，为相关疾病机理的探索提供了重要支撑。广州健康院聚焦生物医学与生命健康领域，其研究对象包括细胞、类器官、小鼠、兔子以及大动物模型猪和猴子等。“研究这些模式动物时，对其生理或病理结构的直观呈现十分重要，需要借助电子显微镜进行观测，来完成实验理论的验证，并最终指导医学应用。”李合英说。支撑多项重大科研项目开展作为“十四五”期间广东获批建设的5个大科学设施之一——人类细胞谱系大科学研究设施，有望成为探索人类生命的“导航员”。广州健康院副院长（主持工作）孙飞表示，基于已取得的干细胞及相关细胞图谱研究成果，广州健康院积极推动建设了人类细胞谱系大科学研究设施。他充分肯定电镜平台在设施预研和建设过程中的重要支撑作用，为多种谱系细胞的超微结构和形态功能鉴定提供了标准化工艺制备流程。在感染与免疫领域研究中，对病原体结构以及病原感染机制进行研究十分重要。由于病原体多为纳米级的病毒颗粒，无法在光镜下进行结构解析，必须借助电镜进行形态学鉴定和分类。呼吸疾病全国重点实验室教授陈凌表示“电镜观察对于病原体的确认必不可少”。另外，病原体对细胞的感染机制研究也需要清楚整个感染过程和包装机制，只能借助超微切片来观察细胞内部病毒与亚细胞器的相互作用。2020年新冠肺炎疫情爆发时，广州健康院联合广州海关、呼吸疾病重点实验室等单位迅速组织开展攻关研究。通过透射电镜的观察和鉴定，首次从广州患者的粪便和尿液中鉴定出具有活性的新冠病毒，为新冠肺炎的防控策略制定提供了理论依据。与此同时，李合英帮助科研人员确定病毒形态类型和来源追溯，对防疫工作的开展提供了有力支撑。细胞外囊泡是一种很有应用前景的临床液体活检工具。中国科学院院士、广州国家实验室常务副主任徐涛团队对肿瘤细胞来源的细胞外囊泡进行检测有望可以帮助诊断早期癌症，提高早期筛查的准确性。在细胞外囊泡的提取与表征研究中，李合英对样品进行制备和观察，最终确定了体外制备样品的纯度、粒径以及分散度，为临床活检应用提供了细胞外囊泡的全面评估基础。“近10年来，电镜平台支撑国家重点专项、中国科学院先导专项、省市重点研发专项等各类项目超过100项。”李合英表示，电镜平台通过大量的技术条件优化，建立了一套完善的生物样品透射电镜标准检测流程，并在此基础上进行特异性蛋白标记技术的探索，解决了生物样品纳米级超微结构检测和特异性蛋白标记的问题。助力生物医药产业高质量发展自主研发的1类新药奥雷巴替尼片（耐立克）已正式获得国家药品监督管理局的上市批准，打破了中国携T315I突变耐药患者的治疗瓶颈，解决无药可医的困境；抗结核新药TB47已经完成临床I期研究，与氯法齐明疗法结合形成“新药+老药”的组合，形成加速治愈耐药结核病的“中国疗法”，提升我国在国际结核病防控领域的影响力；自主设计研发的肿瘤相关抗原重定向开关型CAR-T细胞，为提高CAR-T的持续性以及新型CAR-T的研发提供了新思路，对实体瘤的治疗有希望取得进展……“这些新药的自主研发过程中，从病原微生物鉴定到细胞培养，再到动物模型验证都离不开电子显微成像的技术支撑，获得了关键的纳米超微结构鉴定数据。”李合英表示，特别是药物的研发与筛选体系（类器官），脂质体疫苗递送系统鉴定，新型干细胞制剂制备，疫苗的生产等方面都离不开电镜超微结构的鉴定支撑。广州健康院生物医学数据与超算中心主任、分析测试中心主任陈朝明表示，电镜平台作为一个关键的技术支撑体系，是科学实验稳定运行的基本保障，是科研创新原始突破的重要验证，对科技协同创新的质量和效率具有重要影响作用。生物医药产业是广州市重点发展的战略性新兴产业之一。陈朝明表示，电镜平台以开放共享推动企业创新，赋能粤港澳大湾区生物医药产业创新发展，累计为华南区域40余家企事业单位做出了高质量的技术支撑服务，覆盖生物体基本结构和功能解析、药物鉴定、病原体鉴定、药物研发等领域。记者了解到，该平台还支撑广州健康院先后获得国家自然科学奖二等奖2项，广东省自然科学奖7项，为提升国家战略科技力量的整体效能作出了应有贡献。

细胞与基因治疗（Cell and Gene Therapy, CGT）是全球科技与产业竞争的重要“新赛道”。近年来，以CAR-T为代表的细胞与基因治疗(Cell andGene Therapy,CGT)迅速发展，成为医药健康产业的热门领域。仅在2023年，全球获批上市的细胞与基因治疗药物就有6款，创下历史新高。今年2月，全球首款TIL疗法成功获批上市。该疗法用于治疗PD-1抗体治疗后进展的晚期黑色素瘤，在全球范围内打响了T细胞治疗实体瘤的第一枪。近日，北京市政府召开常务会议，研究《北京市加快医药健康协同创新行动计划（2024-2026年）》等事项。会议强调，医药健康产业是推动北京创新发展的“双发动机”之一。要加强细胞基因治疗等新兴领域前瞻性布局，加大政策支持力度，加快形成新优势，培育新的增长点。要在连续两轮三年行动计划实施效果良好的基础上，充分发挥本市医药健康产业发展的显著优势，围绕新一轮三年行动计划明确的发展目标、重点任务，强化创新驱动，持续加力推动医药健康产业发展取得新的更大成效，为促进首都高质量发展提供有力支撑。2023年9月，上海市科委也发布了《上海市促进基因治疗科技创新与产业发展行动方案（2023-2025年）》，《行动方案》包含4个方面12条重大任务和8项保障措施，旨在增强基因治疗领域创新策源和临床研究转化能力，提升基因治疗产品可及性和产业发展能级。为帮助我国细胞与基因治疗领域用户了解相关研究技术与方法，仪器信息网在第五届生物制药研发及质量控制网络大会上特别设置了“细胞与基因治疗”专题会场，会议时间为3月28日13:30-17:00，邀请到8位业内专家做精彩报告，为广大用户搭建一个即时、高效的交流和学习的平台。专题日程：嘉宾简介1、郑彪，毕业于浙江大学医学院医学系；获上海复旦大学医学院免疫学硕士及伦敦大学 (King’s College, University of London) 免疫学博士学位。曾在美国马里兰大学医学院 (University of Maryland School of Medicine) 及杜克大学医学中心 (Duke University Medical Center) 任教。随后任职于美国贝勒医学院 (Baylor College of Medicine), 为该校病理和免疫系终身教授。在葛兰索史克 (GlaxoSmithKline) 研发中心负责免疫学研究工作。曾任美国强生公司(Janssen Pharmaceuticals, Johnson & Johnson) 全球副总裁, 负责亚太地区免疫领域创新药物研发，包括免疫调节机制、肿瘤免疫、及自身免疫性疾病。郑彪博士现任邦耀生物首席执行官。 郑彪教授学术著作丰厚，其中多篇发表在Nature和Science等世界顶尖杂志上。在马里兰大学、杜克大学及贝勒医学院工作期间获得多项重大科研基金，包括美国NIH科研基金、白血病与淋巴瘤协会基金、美国关节炎基金会、美国心脏研究协会基金、美国衰老研究联盟基金等。在药物研发方面，从新药筛选、靶点研究、疾病模型、临床前及临床试验等方面积累了重要的经验，对新药开发全过程有深刻的认识。在打造小分子药，大分子抗体药，细胞治疗管线均有丰富的经验。2、李玉玲，是浙江健新原力制药有限公司（Innoforce）的共同创始人和总裁。 她还担任过冠科美博(Apollomics)公司工艺开发和生产高级副总裁、AstraZeneca（阿斯利康） 旗下美国生物制药公司MedImmune的研发总负责人、Human Genome Sciences Inc. (HGS，美国人类基因科学公司）的资深总监，并在Hoffmann-La Roche Inc. (罗氏药业) 公司任职多年。 李玉玲博士对生物药开发和GMP生产的管理实践、生产设施的基础设计以及研发管理有丰富的实操经验，并参与了包括两万升单克隆抗体生产线等多个生物制药生产基地的设计。在过去三十年中，她参与包括单克隆抗体、重组蛋白产品和小分子药等三十多个生物药物不同临床阶段的CMC工作,, 带领3个生物药成功获得BLA批件, 并为9个上市产品作出贡献。李博士曾撰写并发表40余篇同行评议文章与书本章节，并拥有5项发明专利。 李玉玲博士在2014年获得了Rising Star Award from the Healthcare Businesswomen Association（医疗保健女企业家协会新星奖）。她是美国华人生物医药科技协会（CBA）2007-2008 届会长、 董事会和顾问董事 会的成员, 及百华协会（BayHelix）会员。李博士还是美华生物医药联盟 (All-CABPA) 的联合发起人和创任会长之一。3、刘月光，纽伦捷生物联合创始人兼首席科学官，中科院神经科学研究所博士，曾担任中科院神经所副高级研究员，苏州工业园区科技领军人才，上海市浦东新区明珠领军人才。近十年致力于神经系统发育和疾病基因治疗研究，建立神经细胞原位转分化技术，为神经系统疾病提供新的治疗策略。期间主持和参与国家自然科学基金委、中科院和省部的科研课题10余项，多项研究成果发表于Advanced Materials、Cell Reports、J. Neurosci、Cell Death & Disease、EBioMedicine等国际高水平期刊，作为主要发明人申请多项国际国内发明专利。2021年联合创立纽伦捷生物，开发具有自主知识产权的新型基因治疗药物。4、王建武，中国农业大学生物化学与分子生物学专业理学博士，中科院动物所博士后，生物制药高级工程师。早期从事转基因动物乳腺生物反应器下游工艺研发与重组蛋白质产品的开发；现进行工程化外泌体及MSC来源外泌体原液、制剂生产工艺开发和产品质量研究。作为科研骨干和项目负责人参加和主持国家“863”、转基因生物新品种培育重大专项等研究课题。组建和带领研发团队，开发多个重组蛋白、单抗分离纯化生产工艺，并开展相关质量研究，建立重组蛋白药物质量控制体系；进行HEK293/MSC等来源的外泌体细胞发酵、分离纯化、制剂工艺开发，建立工程外化外泌体、MSC来源外泌体质量研究体系。5、刘光华，于清华大学获得博士学位，具有13年肿瘤生物学研究经验。入选北京市青年人才托举工程。目前担任北京艺妙神州医药科技有限公司高级研发总监一职，参与负责了IM19 及IM83 CAR-T细胞药物的细胞工艺及非临床药理药效毒理研究。成功支持IM19 及IM83 CAR-T细胞注射液获得5项临床试验批件。同时，负责了同种异体CAR-T细胞药物平台、全封闭T细胞药物工艺平台以及快速高效CAR-T细胞制备工艺平台的研发。6、于化龙，理学博士，2014年毕业于首都医科大学药学院，贝克曼库尔特高级应用专家,熟悉肿瘤免疫、细胞生物学相关前沿进展，Bloki公众号整理分享最新CNS级论文300余篇。7、杨永兰，赛默飞世尔科技（中国）有限公司应用技术专家。毕业于华中农业大学，先后在细胞治疗公司及仪器公司担任高级产品应用支持，在细胞培养及分析，蛋白表达、检测等产品应用方面具有丰富的经验。从事流式细胞术相关应用支持多年，现任赛默飞应用科学家，主要负责高内涵系统、流式细胞仪、EVOS显微镜成像系统以及酶标仪等产品线的应用支持工作，多年生命科学领域从业经验可为众多科研及工业用户提供应用支持和整体解决方案。8、张怡頔，硕士毕业于中国药科大学。现任艾杰尔-飞诺美生物药市场拓展经理，目前主要致力于生物大分子药物管线研发及分析方法的客户业务支持工作，为分析工作者提供及时有效的产品知识和解决方案。在色谱领域7年，与国内制药企业有广泛联系及交流合作。点击链接立即报名参会：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/biopharma2024/