细胞世界也有“孟母三迁”？！魔都科学家用创新技术看清细胞的“社会性”
细胞是组成人体结构和功能的基本单元，
细胞间相互作用对于个体生长发育和
器官功能维持至关重要。
如何在复杂的体内环境中
精准且直观地揭示细胞间相互作用
是科学家们致力解决的技术难题。
中国科学院分子细胞科学卓越创新中心
（生物化学与细胞生物学研究所）周斌研究组
将合成生物学与遗传学技术相结合，
开发了可以捕捉体内细胞间相互作用
并能够永久追踪邻近细胞的创新研究工具——
邻近细胞遗传学技术，
为发育生物学、肿瘤学等众多领域的
研究提供了强大技术支撑。
该成果于北京时间12月2日凌晨
在线发表于国际顶级学术期刊《科学》（Science）。
细胞邻居相互影响
“孟母三迁”的故事家喻户晓，孟母多次迁居，是为了给孩子选择良好的教育环境。人们在社会活动中不断受到周围环境的影响，细胞也是如此。
据介绍，细胞间通讯通常由蛋白质相互作用介导，例如配体-受体、受体-受体和细胞外基质-受体相互作用。接受信号的细胞通过内源受体触发下游信号转导，导致转录因子活性和基因表达改变，调节细胞形态和功能特征甚至决定细胞的命运转变。
近30年来，科学家利用现代遗传学手段，如遗传示踪、组织特异性基因敲除或过表达等技术，研究器官发育、组织再生及疾病发生发展等过程。
但是，当前的遗传技术基本上是针对特定细胞自身进行细胞或分子水平的操作，如何深入研究细胞与细胞之间的相互作用依然面临巨大挑战。
因此，亟需建立一种新的遗传操作技术，实现体内监测与记录细胞之间相互交流并解析相关细胞的功能及其分子调控机制，这将极大地推动细胞生物学、遗传学及再生医学等领域的发展。
看清细胞“搬家”全程
周斌研究员带领的团队长期致力于小鼠体内遗传学技术的开发与应用，他们“十年磨一剑”，开发了邻近细胞遗传学技术，在多种组织中实现对相邻细胞的精准定位和永久示踪。
研究表明，体内细胞间的空间位置是动态变化的，细胞也会“搬家”，选择新的“邻居”和新的“生活环境”。
周斌研究组利用新开发的邻近细胞遗传学技术，发现心脏中的内皮细胞在早期胚胎发育过程中会迁移到肝脏。这些内皮细胞在肝脏组织的微环境影响下，会转变成为肝脏特有的肝血窦内皮细胞。由此可见，细胞间的互作及所处环境对细胞命运和功能转变至关重要。
细胞间的密切接触还与
各种疾病发生发展紧密相关。
以肿瘤为例，在肿瘤发生过程中，肿瘤细胞招募周围组织中的血管迁移至肿瘤，受到肿瘤环境影响，与正常血管相比具有显著差异。研究人员利用邻近细胞遗传学技术，直观展现了不同阶段肿瘤细胞和血管内皮细胞间的动态相互作用，并通过长时程追踪，首次发现肿瘤血管内皮细胞会迁移到肿瘤外包膜。这部分迁移到肿瘤外包膜的血管内皮细胞仍具有典型的转移和浸润、促血管生成以及炎症反应等特征，说明细胞进入新环境后，最初环境赋予细胞的影响可能仍然存在，这为肿瘤的研究治疗奠定了一定的理论基础。
推动细胞互作领域研究
周斌表示：
邻近细胞遗传标记技术可以反映细胞之间的实时接触信息，提升了细胞间相互作用的研究水平和精度，为发育生物学、干细胞生物学、免疫学和肿瘤学等众多领域研究提供了新的研究思路和强大技术支撑，研究组也在相关领域开展了进一步研究。
在遗传发育学家、国家蛋白质科学中心 (北京）研究员杨晓看来，
该研究建立了一套设计严谨、简易直观、可调控的邻近细胞遗传技术，可以在单细胞水平揭示邻近细胞的命运及其调控机制。
邻近细胞遗传学技术的建立，突破了传统遗传学手段只能针对细胞自身的局限，首次实现了体内跨细胞的遗传学研究，是领域内一项重大技术突破。
这一研究成果具有广泛适用性，势必推动细胞互作相关科学领域的探索。
中国科学院院士李林认为，科学上重大的进步或发现通常和关键技术手段的创新和突破相关，它能使科学家看得更清楚、更透彻。周斌研究员回国后，始终致力于示踪技术的创新，以打破原有技术的局限性——事实上，周斌去年刚刚开发了一种可以长时间不间断捕捉细胞增殖的ProTracer新技术，能发现成体肝脏中新生肝细胞的来源。
“他对科学一直保持着极高的热情。”《细胞研究》主编李党生既是周斌的同事，也是好友，“工具不够精确的时候，会带来很多似是而非的问题。在这项成果里，周斌研究组实现了精准标记细胞的‘邻居’，给相关领域带来很好的研究工具。希望他今后可以开发出更多更好的新技术，打个比方，就像可以给细胞迁移的完整路径拍摄高清录像的新技术，未来我们或许就能看清肿瘤细胞是如何一步步‘变坏’的。”
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作者：郜阳（新民晚报·鹦鹉螺工作室）
图片：中科院分子细胞科学卓越创新中心 郜阳
编辑：Bryce 龚紫珺