刘玉教授:如何运用单细胞分析更好助力科研

发布时间:2022-7-27 12:39:29更新时间:2022-7-27 12:39:29

四川大学华西医院生物治疗国家重点实验室, 特聘研究员、博士生导师,四川省“千人计划”创新领军人才,中国抗癌协会肿瘤代谢专业委员会全国委员,中国细胞生物学会细胞代谢分会理事,中国细胞生物学会青年委员会委员。本科毕业于北京师范大学,2008年毕业于美国爱因斯坦医学院获得理学博士学位。2008-2014年先后在密歇根大学Drs. Pan Zheng/Dr.Yang Liu实验室、冷泉港实验室/纽约纪念斯隆凯特林癌症中心的Dr. Scott Lowe实验室从事研究工作。2015年至今在四川大学华西医院生物治疗国家重点实验室任特聘研究员。长期从事肿瘤的分子机制及靶向治疗等研究。通过基因工程动物模型、基因编辑技术、癌症组学分析等技术,建立了多种基于染色体大片段缺失的新型肿瘤模型,阐明了染色体17p13上多个新的致病基因及其分子机制。五年内以一作和通讯在Nature、Cancer Discovery、Molecular Cell、Blood和STTT发表共26篇研究论文。获2021年中国细胞生物学学会青年科学家奖入围奖。


单细胞分析是如何助力您科研的


随着单细胞测序技术的快速发展,基础与转化生物医学研究全面进入单细胞时代。不论是理解生命发育的问题,还是肿瘤发生发展的问题,单细胞技术都给我们带来了全新的视角和思路。例如,我们都知道肿瘤具有高度异质性,其中的异质性不仅来源于不同患者,同时也来源于同一患者自身的不同肿瘤细胞。


过去我们看到肿瘤的基因突变等异常,可能是来自于同一个肿瘤组织中不同的肿瘤细胞,单细胞测序分析就可以非常清晰地显示出每一个肿瘤细胞的不同。


另外,肿瘤微环境与肿瘤发生发展密切相关。通过单细胞测序分析,我们可以研究在肿瘤组织中包括肿瘤细胞、免疫细胞等在内各种细胞群。例如,我们实验室之前利用单细胞测序发现 EB病毒相关噬血细胞综合症中免疫细胞如何在PD-1抗体的作用下,由不能杀伤EB病毒的耗竭T细胞,转化为具有攻击力的活化T细胞,从而达到消除EB病毒和治疗疾病的新机制(Blood 2020)。


单细胞技术未来可以如何拓展应用


一方面,预期未来会进一步开发单细胞技术,除了基因组、转录组、表观组,还会有更多的蛋白组、代谢组等。这些技术的开发和应用将极大地有助于我们在单细胞层面理解疾病的发病机制。从更多的维度,系统性地去理解生物医学问题,给我们研究者新的启示和发现。例如,单细胞转录组和原位空间转录组的整合分析,可以帮助我们从真实空间分布上理解恶性细胞和肿瘤微环境细胞间的互做关系,更加全面地理解恶性细胞间的交流机制,用于鉴定更多的潜在药物靶标。


另外,在应用方面,单细胞测序将普及更广,特别是在疾病的诊断和治疗方案的选择上。未来对肿瘤的诊治将不仅仅以具有代表性的突变基因等为分子发型的依据,肿瘤细胞自身的代谢情况、肿瘤微环境中免疫细胞等都是非常重要的指针。


结合实践经验,运用单细胞技术在分析中需要注意哪些事项


首先,样本制备环节,其中包括样本消化和单细胞悬液制备,是关键的一步。为了更好地获取高质量的单细胞测序数据,对于建库时的单细胞样本的活率及状态需要有严格的要求。


其次,分析单细胞数据时需要注意样本的批次效应,因为单细胞数据常常包含多个样本,并且制备时间、样本情况等差异较大,所以需要注意各个样本批次效应的矫正。现在关于单细胞数据分析的软件及算法层出不穷,每一种方法有自己的优势和适用范围,需要结合自身数据特征选择合适的分析方法。


单细胞测序在肿瘤研究中有哪些前沿进展


随着单细胞测序的迅速发展,单细胞测序在肿瘤的研究中也刮起了狂风。科学家们首先利用单细胞测序技术揭开了肿瘤的单细胞图谱,利用单细胞转录组、单细胞基因组、单细胞表观遗传组构建了肺癌、黑色素瘤、胶质瘤、白血病等多种疾病的单细胞图谱。揭示了肿瘤的异质性,解析了肿瘤的免疫环境。同时,科学家们利用单细胞测序技术研究肿瘤发生发展的过程。利用多时间点单细胞测序,探索肿瘤进展过程中单细胞维度的改变。最后,通过单细胞测序分析发现化疗、放疗、免疫治疗、多种联合治疗的新机制,探索潜在的新靶点新药物。




实验室简介


刘玉教授和陈崇教授共同组建肿瘤分子遗传学实验室。团队包括本科生、研究生、博士后、青年医师等30多人。包括从临床大数据分析、肿瘤动物模型构建、类器官培养、分子细胞生物学研究等多个平台。从临床重要问题出发,从疾病发生的机制解析到新靶标分子筛选鉴定,为临床转化应用提供新的治疗靶标和理论基础。该团队以四川大学为第一和/或通讯单位,在Nature、Cancer Discovery、Blood、Signal Transduction and Targeted Therapy 等领域内权威期刊上发表论文多篇。


团队依托四川大学华西医院生物治疗国家重点实验室。是国家首批“2011 计划”创建的生物治疗协同创新中心所在地,同时承担了国家新药重大专项综合大平台建设,获国家发改委批准建设“国家转化医学重大科技基础设施建设(国家生物治疗转化医学科学中心)”。


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