論文投稿幾個月后，被審稿人打了回來，隨之而來的是一篇措辭犀利的評價。但論文的共同第一作者、中科院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所）副研究員趙歡并不感到氣餒。

“事實上，論文剛投出去，周斌老師（中科院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員）就意識到問題了，我們已經(jīng)開始著手完善這項工作?！壁w歡說。

不過，他們沒有料到，這一完善，就又是3年艱苦攻關(guān)。

周斌? ? ? ? ?受訪者供圖

12月2日，這篇論文發(fā)表在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上。該團(tuán)隊十年磨一劍，開發(fā)出可以捕捉體內(nèi)細(xì)胞間相互作用，并能夠永久追蹤?quán)徑?xì)胞的創(chuàng)新研究工具——鄰近細(xì)胞遺傳學(xué)技術(shù)。

這項技術(shù)被同行評價為“倚天劍”，有望為發(fā)育生物學(xué)、腫瘤學(xué)等眾多領(lǐng)的研究提供一個強(qiáng)大工具。

生命體內(nèi)，細(xì)胞之間如何“交往”？

細(xì)胞之間的相互作用對生物生長發(fā)育和器官功能維持至關(guān)重要。但這些精妙的過程都發(fā)生在復(fù)雜的體內(nèi)環(huán)境中，科學(xué)家很難觀測到，更不用說開展研究了。

2010年，周斌完成哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的博士后研究工作回國，萌生了開展“鄰近細(xì)胞”研究的想法。

就像人一樣，細(xì)胞也會受到“鄰居”的顯著影響。同樣的細(xì)胞處在不同環(huán)境下，與不同的細(xì)胞群為鄰，形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能都會表現(xiàn)出不同特征，甚至它們的命運也會因環(huán)境而變化。

這種奇妙的現(xiàn)象，讓周斌深深著迷。過去十多年間，他指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行了一系列遺傳示蹤研究，期間取得過一些進(jìn)展，但那些研究都是利用傳統(tǒng)型遺傳示蹤技術(shù)，只能針對細(xì)胞自身進(jìn)行遺傳操作。這些研究顯然無法滿足科研人員的求知欲。很多年前，該實驗室就有不少人嘗試在體內(nèi)開展對鄰近細(xì)胞遺傳操作的研究。他們?yōu)榇私⒘艘惶讓嶒炏到y(tǒng)，并且進(jìn)行多次優(yōu)化改造。

“但前3年基本都失敗了?！敝鼙笳f，“直到后來，我們另辟蹊徑，開始嘗試將合成生物學(xué)的方法引進(jìn)來。確切地說，是人工合成出一條全新的細(xì)胞通路——Synthetic Notch(SynNotch) ，從而把生物體內(nèi)兩個鄰近細(xì)胞的相互接觸轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢匝芯康倪z傳信號?！?/p>

細(xì)胞遷移改變細(xì)胞互作示意? ? ? ? ?受訪者供圖

十年磨把“倚天劍”

由于周斌長期從事與心臟發(fā)育相關(guān)的研究，對心血管系統(tǒng)比較了解，團(tuán)隊決定以此為切入點開展研究。他們把心臟中心肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞作為主要研究對象，將心肌細(xì)胞作為SynNotch信號發(fā)送細(xì)胞，內(nèi)皮細(xì)胞作為SynNotch信號接收細(xì)胞，分別構(gòu)建了相關(guān)的工具小鼠。

這是一種非常精巧的實驗設(shè)計。當(dāng)心肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞接觸或分開時，會產(chǎn)生不同的遺傳信號表現(xiàn)，從而反映細(xì)胞之間的實時接觸信息。

2018年，團(tuán)隊里的博士后張少華（本文共同第一作者）用實驗初步驗證了體內(nèi)進(jìn)行鄰近細(xì)胞遺傳操作的可行性。這個重大突破，一時間讓大家“群情激昂”。

接下來，他們又進(jìn)一步完善了這個系統(tǒng)，實現(xiàn)了永久性的示蹤標(biāo)記。

通過這套技術(shù)，他們發(fā)現(xiàn)了很多有趣的生命現(xiàn)象：心臟內(nèi)皮細(xì)胞會在胚胎發(fā)育過程中遷移到肝臟，轉(zhuǎn)變成為肝臟特有的肝血竇內(nèi)皮細(xì)胞，對維持肝臟的正常功能可能具有重要作用。

在腫瘤發(fā)生過程中，腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)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(nèi)皮細(xì)胞仍然具有典型的轉(zhuǎn)移和浸潤、促血管生成以及炎癥反應(yīng)等特征，說明細(xì)胞進(jìn)入新環(huán)境后，最初環(huán)境賦予細(xì)胞的影響可能仍然存在。

“這些結(jié)果，展示了體內(nèi)細(xì)胞令人驚嘆的互作過程。”周斌說，“這也提示我們，細(xì)胞間的相互作用有著很大的應(yīng)用前景。比如對某個細(xì)胞進(jìn)行改造，然后植入體內(nèi)，讓影響它周圍細(xì)胞，從而達(dá)到基因改造或疾病治療的目標(biāo)。又比如，弄清腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移過程中與其他器官細(xì)胞的相互作用規(guī)律，就有可能開發(fā)出干預(yù)手段，阻斷癌癥的轉(zhuǎn)移?！?/p>

都說“十年磨一劍”。在中科院分子細(xì)胞卓越中心主任劉小龍看來，周斌這是磨了一把“倚天劍”，未來有望解決更多復(fù)雜的生命科學(xué)問題。

中國科學(xué)院院士李林則說：“許多重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，往往得益于關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新。周斌團(tuán)隊開發(fā)的這種工具鼠，對生命現(xiàn)象做出的‘實時、定量、動態(tài)、原位’的描述，是非常值得期待的?！?/p>

相關(guān)研究在《科學(xué)》發(fā)表???? ? ?受訪者供圖

3年“補(bǔ)稿”交出完美答卷

但這樣一項令人驚喜的工作，投稿過程卻并不順利。

2020年，團(tuán)隊第一次將論文投到《科學(xué)》。幾個月后，稿件被退回，其中一位審稿人提出了“尖銳意見”，直言“并不看好這一‘工具’，因為應(yīng)用范圍太窄，只是針對心血管進(jìn)行的實驗，真正能使用該技術(shù)的人很少”。

對這樣的反饋，大家卻并不意外。他們也希望自己開發(fā)的系統(tǒng)能應(yīng)用在更多的器官和組織中，發(fā)揮更強(qiáng)大的作用。

“一開始我們覺得補(bǔ)充實驗和改造系統(tǒng)難度不會太大?！壁w歡說，“但事實和我們想象得并不一樣?！?/p>

在不同的生物組織中，不同的基因表達(dá)水平不同，其配體、受體的強(qiáng)弱也不相同，這意味著系統(tǒng)的升級絕不是簡單的“打補(bǔ)丁”、改條件，很多時候甚至需要放棄一些以前建立的系統(tǒng)，從頭再來。

為此，他們進(jìn)一步擴(kuò)大了團(tuán)隊合作的范圍，與美國加州大學(xué)舊金山分校Rong A. Wang教授、西湖大學(xué)研究員何靈娟等人合作，經(jīng)過3年打磨，終于構(gòu)建出一套具有廣泛適用性的系統(tǒng)。

這個系統(tǒng)在小鼠身上，可以實現(xiàn)標(biāo)記任意類型細(xì)胞，并利用該細(xì)胞，讓周圍所有類型的細(xì)胞產(chǎn)生響應(yīng)。

“這篇文章的工作量讓人贊嘆。我很滿意作者的修改數(shù)據(jù)?！惫Ψ虿回?fù)有心人，3年的補(bǔ)稿工作得到論文評審人的高度認(rèn)同。審稿人認(rèn)為，作者完成了大量的實驗工作，展示了該技術(shù)的可靠性，適用于眾多生物學(xué)領(lǐng)域。

未參與這項研究的國家蛋白質(zhì)科學(xué)中心研究員楊曉也對這項成果的廣泛適用性很感興趣：“它為深入探求體內(nèi)細(xì)胞命運可塑性提供了重要的技術(shù)手段，有望應(yīng)用于研究微環(huán)境細(xì)胞對干細(xì)胞的影響、免疫細(xì)胞的相互作用、神經(jīng)元接觸、癌細(xì)胞之間及其與鄰近免疫細(xì)胞之間的影響，也能為疾病治療提供全新策略?！?/p>

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1126/science.abo5503

來源：《科學(xué)》、《中國科學(xué)報》