曹俊越将新方法用于衰老和疾病研究

诸平

据《科学家》（The Scientist）杂志网站2022年3月14日以题为“曹俊越（Junyue Cao）运用新方法治疗衰老和疾病（Junyue Cao Applies Novel Approaches to Aging and Disease）”，报道了美国洛克菲勒大学（Rockefeller University）遗传学家正在追踪单个细胞的整个生命周期，以更好地了解人类衰老的方式和原因。

曹俊越从九岁的时候起，在北京郊外的一个小镇长大，曹俊越从小就想长大后成为一名科学家。曹俊越回忆说，他是由两位中学老师抚养长大的。他的母亲是一名中学语文老师，父亲是一名中学化学老师。父母的工作环境为他可以使用实验设备和利用图书馆提供了方便，促使他可以自己的好奇心自由进行探索。他一边阅读科学书籍，一边阅读科幻小说，书籍激发了他一种天生的好奇心，使他在一所著名的高中完成了严格的课程，并于2010年在附近的北京大学（Peking University）获得了生物学学士学位。

在他的整个教育过程中，曹俊越一直被一个主要问题所驱使：为什么人老了就会死？为了了解衰老的细胞机制，他想从单个受精卵开始绘制细胞可能具有的所有潜在命运。但人类是复杂的——他们的身体包含数万亿个细胞，每个细胞都可以分化成数千种不同的细胞类型。相反，当曹俊越于2014年在美国加州理工学院（Caltech）开始他的博士研究时，他开始研究单细胞遗传学，研究一种更简单的有机体——线虫（C. elegans），线虫有27种细胞类型，完全生长时总共只有约1000个体细胞（somatic cells）。

 这些项目的规模仍然相对较小，因为现有技术一次只能分析3~5个细胞，每个细胞的价格约为100美元。一年后，曹俊越调到西雅图（Seattle,）的华盛顿大学 (University of Washington简称UW)，加入了遗传学家杰伊·申杜尔（Jay Shendure）的实验室。在那里，他将小鼠和人类细胞纳入到他的研究之列，最终研究了数百种细胞类型。曹俊越为高通量、单细胞基因组学技术开发了几种新方案，特别关注基因表达（gene expression）、转录组学方法（transcriptomics approaches）和信使 RNA 表达（messenger RNA expression），以追踪细胞命运并研究发育中生物体中的细胞增殖。详见2017和2018年发表于《科学》（Science）和2020年发表于《自然生物技术》（Nat Biotechnol）的相关论文：

Junyue Cao, Jonathan S Packer, Vijay Ramani, Darren A Cusanovich, Chau Huynh, Riza Daza, Xiaojie Qiu, Choli Lee, Scott N Furlan, Frank J Steemers, Andrew Adey, Robert H Waterston, Cole Trapnell, Jay Shendure. Comprehensive single-cell transcriptional profiling of a multicellular organism. Science, 2017, 357: 661–667.

Junyue Cao, Darren A Cusanovich, Vijay Ramani, Delasa Aghamirzaie, Hannah A Pliner, Andrew J Hill, Riza M Daza, Jose L McFaline-Figueroa, Jonathan S Packer, Lena Christiansen, Frank J Steemers, Andrew C Adey, Cole Trapnell, Jay Shendure. Joint profiling of chromatin accessibility and gene expression in thousands of single cells. Science, 2018, 361: 1380–1385. 

Junyue Cao, Wei Zhou, Frank Steemers, Cole Trapnell, Jay Shendure. Sci-fate characterizes the dynamics of gene expression in single cells. Nature Biotechnology, 2020,  38: 980–988.

曹俊越说，如今，这些新工具只需每个细胞不到1美分，就可以同时分析超过200万个细胞，从而更容易看出衰老的影响在哪里表现和积累，并可能被证明对研究疾病的发作有用。

到达西雅图后，曹俊越“立即引起了巨大轰动，”华盛顿大学的博士后桑杰·斯里瓦桑（Sanjay Srivatsan）说，他随后加入该大学的（医学）博士（MD/PhD）项目。这些技术使曹俊越能够为小鼠中发现的每种细胞类型（从神经元到肠细胞）制作图谱，其中包括每个细胞系所有可能结果的列表。具体来说，曹俊越对处于5个发育阶段的小鼠胚胎细胞进行了条形码化，并使用称为单细胞组合索引（single-cell combinatorial indexing）的过程来创建每个细胞轨迹的数字模型，详见2019年发表于《自然》（Nature）杂志的研究论文——Junyue Cao, Malte Spielmann, Xiaojie Qiu, Xingfan Huang, Daniel M Ibrahim, Andrew J Hill, Fan Zhang, Stefan Mundlos, Lena Christiansen, Frank J Steemers, Cole Trapnell, Jay Shendure. The single cell transcriptional landscape of mammalian organogenesis. Nature, 2019,  566: 496–502.

曹俊越的工作“非常清楚地表明人们应该在这种规模上思考，从那时起，人们真的一直如此，”桑杰·斯里瓦桑说。

在完成论文答辩并于 2019 年推出交互式版本的老鼠图谱（mouse atlas）后，曹俊越在杰伊·申杜尔的实验室担任博士后，直到次年接受洛克菲勒大学的助理教授职位。由于新冠肺炎大流行，面对面接触受到限制，很难建立合作，在这种情况下，他成立了自己的实验室。曹俊越认为这所大学给予了支持，并指出他的实验室现在有十几个人。“[他们]非常出色，我很高兴有机会与他们合作，”他说。

洛克菲勒大学的表观遗传学家亚历山大·塔拉霍夫斯基（Alexander Tarakhovsky）称赞曹俊越“对科学的老式热情”以及他对开发尖端技术的嗜好，“这对于我们理解基因调控和细胞间相互作用至关重要，”他告诉《科学家》杂志。他补充说，曹俊越的工作“肯定在积累资源方面发挥了关键作用”，以帮助推动这些领域的发展。 

上述介绍，仅供参考。欲了解更多信息，敬请注意浏览原文或者相关报道。

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