勤奮為筆，刻畫細(xì)胞千姿百態(tài)

常規(guī)測序獲得一群細(xì)胞的信號均值，丟失了細(xì)胞的個(gè)性化信息，而單細(xì)胞測序的出現(xiàn)則彌補(bǔ)了這一不足。單細(xì)胞測序是在單個(gè)細(xì)胞水平對基因組、轉(zhuǎn)錄組或表觀基因組進(jìn)行測序分析的技術(shù)。自2009年全球第一篇單細(xì)胞測序論文發(fā)表以來，單細(xì)胞測序技術(shù)快速發(fā)展。近年，單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序雖已相對成熟，但有許多其他模態(tài)還不能被較好地檢測出來。此外，常規(guī)單細(xì)胞測序技術(shù)一般只檢測細(xì)胞的一種模態(tài)，導(dǎo)致信息碎片化。因此，開發(fā)高效的單細(xì)胞多組學(xué)技術(shù)捕獲同一細(xì)胞的多種模態(tài)信息成為亟須解決的難題。

南方科技大學(xué)（簡稱“南科大”）生命科學(xué)學(xué)院副教授靳文菲，長期利用組學(xué)技術(shù)和生物信息手段來解析基因調(diào)控和疾病發(fā)生發(fā)展。近年來，他立足于開發(fā)單細(xì)胞測序技術(shù)和分析方法，并應(yīng)用這些方法研究腫瘤，為尋找新的免疫治療靶點(diǎn)而不懈創(chuàng)新。迄今為止，靳文菲已發(fā)表論文50余篇，其中以第一/通訊作者身份在《自然》《自然·方法》《自然·癌癥》《美國科學(xué)院院報(bào)》等國際著名期刊發(fā)表論文20余篇，總引用超3000次。每一項(xiàng)成果的背后都是靳文菲踏實(shí)勤奮的身影。創(chuàng)新本無根，盡從勤里得，用這句話來形容靳文菲再合適不過。

名師引路，群體遺傳學(xué)初展頭角

2001年，生命科學(xué)方興未艾。靳文菲進(jìn)入鄭州大學(xué)剛設(shè)立的生物工程系學(xué)習(xí)。在校期間，他考取了多個(gè)計(jì)算機(jī)證書，無形中為日后利用計(jì)算手段研究基因組打下了基礎(chǔ)。

“2005年，我聽說中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院（簡稱‘上海生科院’）在招實(shí)習(xí)生，便寫信聯(lián)系，但久不見回音。于是，我直接去了上海生科院，王恩多老師（生物化學(xué)家與分子生物學(xué)家、中國科學(xué)院院士）和劉默芳老師與我聊過之后覺得我可以做一些事情，爽快地錄用了我。”靳文菲說。在上海生科院的實(shí)習(xí)，讓此前很少有機(jī)會(huì)接觸科學(xué)前沿的靳文菲大開眼界。靳文菲在大院里見到了由中國科學(xué)院與德國馬普學(xué)會(huì)共同規(guī)劃、合作籌建、聯(lián)合資助、共同管理、高度國際化的新型科研機(jī)構(gòu)——中國科學(xué)院-馬普學(xué)會(huì)計(jì)算生物學(xué)伙伴研究所（簡稱“計(jì)算生物所”）。計(jì)算生物所寬松自由的學(xué)術(shù)氛圍與先進(jìn)的科研教學(xué)理念深深吸引著他，令人欣喜的是，靳文菲也幸運(yùn)地被計(jì)算生物所錄取為第一屆研究生，使得他在計(jì)算生物學(xué)這一交叉學(xué)科興起之初就能進(jìn)入其中。

一天晚上，靳文菲和同學(xué)一起去找金力教授（人類遺傳與進(jìn)化遺傳學(xué)家、中科院院士）討論到他的實(shí)驗(yàn)室做輪轉(zhuǎn)，金力教授娓娓動(dòng)聽地講述了一些自己經(jīng)歷或遇到的有趣科學(xué)故事，介紹了人類遺傳學(xué)的熱點(diǎn)。金力教授視野開闊、和藹可親、樂觀堅(jiān)毅，給靳文菲留下深刻的印象。靳文菲與金力教授的愉快交流一直貫穿于5年多的博士學(xué)習(xí)期間。師兄徐書華博士給了靳文菲很多幫助和指導(dǎo)。徐書華博士成為靳文菲的共同博士生導(dǎo)師。在兩位導(dǎo)師的用心指導(dǎo)下，他開始利用單核苷酸多態(tài)性數(shù)據(jù)分析人群結(jié)構(gòu)和人群混合。通過分析我國混合人群如維吾爾族積累了一定經(jīng)驗(yàn)后，他又轉(zhuǎn)向了更國際化的課題——美國黑人人群的形成。他在這個(gè)過程中構(gòu)建了一系列研究混合人群的方法。

當(dāng)時(shí)遇到的最大難題是手頭的美國黑人數(shù)據(jù)太少，靳文菲時(shí)刻關(guān)注著公共數(shù)據(jù)庫中美國黑人數(shù)據(jù)的更新。一天，他突然看到新聞報(bào)道說：“因美納公司正在收集全球人群的單核苷酸多態(tài)性微陣列數(shù)據(jù)，以便構(gòu)建數(shù)據(jù)庫為全球的全基因組關(guān)聯(lián)分析研究提供免費(fèi)的健康對照。”他立刻意識大量高質(zhì)量的美國黑人數(shù)據(jù)將唾手可得。在成熟的分析方法和高質(zhì)量數(shù)據(jù)的加持下，他解析了美國黑人的形成歷史及自然選擇對他們高發(fā)疾病的影響。成果發(fā)表在《基因組研究》《美國人類遺傳學(xué)雜志》《人類分子遺傳學(xué)》等期刊上，施普林格出版集團(tuán)還以圖書形式出版了他的博士論文。靳文菲獲得了國際人類遺傳學(xué)會(huì)/美國人類遺傳學(xué)會(huì)（ICHG/ASHG）旅行獎(jiǎng)、施普林格優(yōu)秀博士論文、中國科學(xué)院百篇優(yōu)秀博士論文、禮來優(yōu)秀博士論文、計(jì)算生物所第一作者獎(jiǎng)，以及地奧獎(jiǎng)學(xué)金、輝瑞獎(jiǎng)學(xué)金等榮譽(yù)獎(jiǎng)勵(lì)。

勇于探索，

單細(xì)胞表觀遺傳創(chuàng)佳績

“畢業(yè)前，美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）的表觀遺傳學(xué)家趙可吉研究員（美國科學(xué)促進(jìn)會(huì)會(huì)士）來所里交流，我借機(jī)交流并獲得了去他實(shí)驗(yàn)室做博士后的錄取通知?！苯姆普f。2013年1月2日，他開始在NIH趙可吉實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行表觀基因組研究。這個(gè)實(shí)驗(yàn)室屬于NIH的院內(nèi)研究項(xiàng)目資助，有穩(wěn)定經(jīng)費(fèi)支持，靳文菲可以安心做自己感興趣的研究。到NIH后，趙老師叮囑他：“我們不能滿足于對實(shí)驗(yàn)室已有工作做簡單的擴(kuò)展，要做探索性工作?！辈痪茫姆坪偷つ釥枴た藙谙模―aniel Kraushaar）博士合作鑒定到H3.3在全基因的3種更新模式并發(fā)表在《基因組生物學(xué)》上，這增強(qiáng)了靳文菲的信心。他由此開始了一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的工作——研究染色質(zhì)可及性在細(xì)胞間的差異。

最終，功夫不負(fù)有心人，靳文菲和同事在《自然》上報(bào)道了開發(fā)的單細(xì)胞DNase測序技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)能夠很好地檢測染色質(zhì)可及性的細(xì)胞間差異及癌細(xì)胞特異性的染色質(zhì)可及性，在學(xué)界產(chǎn)生了廣泛影響。靳文菲先后獲得美國國立心肺血液所奧洛夫（Orloff）創(chuàng)新獎(jiǎng)、美國國立衛(wèi)生研究院卓越科研獎(jiǎng)（FARE）、美國國立衛(wèi)生研究院中國學(xué)者聯(lián)誼會(huì)卓越科學(xué)家獎(jiǎng)等。

從零起步，

組建單細(xì)胞精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室

當(dāng)靳文菲在NIH積極探索時(shí)，我國深圳正在緊鑼密鼓地籌建一所采用新體制的研究型大學(xué)。鄧巍巍教授在2017年寫的《終身教授海歸記》中對南科大的辦學(xué)理念、辦學(xué)特點(diǎn)、學(xué)術(shù)氛圍等進(jìn)行了細(xì)膩的刻畫。靳文菲被南科大的新體制、新模式、新愿景所吸引。2017年，入選國家高層次青年人才的他滿懷憧憬地加入南科大，開啟了與南科大共同成長的崢嶸歲月。

雖然南科大有先進(jìn)的辦學(xué)理念，但當(dāng)時(shí)作為一所新建大學(xué)，一沒名氣，二沒平臺，在招聘和招生上都面臨著巨大的挑戰(zhàn)，正所謂理想很豐滿、現(xiàn)實(shí)很骨感。幸運(yùn)的是，靳文菲加入南科大的想法首先得到了他的師弟秦鵬飛博士的認(rèn)可和加盟。隨后通過老師和朋友介紹，先后有侯文洪、王偉、韓志軍、付睿卿加入，實(shí)驗(yàn)室達(dá)到5名成員的規(guī)模，迅速采購實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備并搭建了高性能計(jì)算平臺。半年后，實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

在新單位籌建實(shí)驗(yàn)室還面臨著一系列難題。因?qū)W校沒有博士學(xué)位授予點(diǎn)，主要依賴哈爾濱工業(yè)大學(xué)等大學(xué)進(jìn)行聯(lián)合培養(yǎng)，博士生名額非常少，且實(shí)驗(yàn)室也沒有足夠的經(jīng)費(fèi)長期穩(wěn)定資助全職科研人員，因此接收其他高校的研究生來客座開展科研成為擴(kuò)充人才隊(duì)伍的重要途徑。其間，先后有山西醫(yī)科大學(xué)的王雪飛、鄭州大學(xué)的王軍亮、中國科學(xué)院上海生科院的姚超、美國東北大學(xué)的索菲婭·霍（Sophia Ho）等客座學(xué)生加入實(shí)驗(yàn)室?？妥鶎W(xué)生不僅承擔(dān)了科研項(xiàng)目，也豐富了實(shí)驗(yàn)室的文化。

不懼挑戰(zhàn)，科研事業(yè)全面開花

入職南科大后，靳文菲專注于開發(fā)基因組技術(shù)和計(jì)算方法解決生物醫(yī)學(xué)難題。同時(shí)，靳文菲積極承擔(dān)國家科研任務(wù)，先后承擔(dān)了8項(xiàng)與基因組學(xué)相關(guān)的國家級科研任務(wù)，包括主持4項(xiàng)國家自然科學(xué)基金委項(xiàng)目。他作為課題負(fù)責(zé)人參與了“獲得性性狀的生殖傳遞機(jī)制”和“數(shù)字化細(xì)胞參照系研究、建設(shè)與示范應(yīng)用”兩項(xiàng)國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃。靳文菲把實(shí)驗(yàn)室的科研工作融入承擔(dān)的科研任務(wù)當(dāng)中，在單細(xì)胞測序、組學(xué)大數(shù)據(jù)挖掘等方面取得了系統(tǒng)性成果，并把這些技術(shù)應(yīng)用到腫瘤研究中。

2018年，靳文菲和NIH趙可吉實(shí)驗(yàn)室合作在《自然·方法》上發(fā)表并行檢測染色質(zhì)可及性和染色質(zhì)遠(yuǎn)程互作的Trac-looping。這一技術(shù)創(chuàng)新性地使用檢測染色質(zhì)可及性的轉(zhuǎn)座酶在空間距離很近的DNA上插入二價(jià)寡核苷酸連接子來檢測遠(yuǎn)距離互作，給三維基因組學(xué)界帶來了一種全新的視角和理念。2020年，他和NIH趙可吉實(shí)驗(yàn)室合作在《基因組研究》上發(fā)表二倍體基因組三維結(jié)構(gòu)建模和基因調(diào)控的成果。研究整合了雜合小鼠模型的多種組學(xué)解析同源染色體間互作模式、染色質(zhì)動(dòng)態(tài)、組蛋白修飾及其對基因表達(dá)的影響，豐富了對三維基因組參與基因調(diào)控的認(rèn)識。

2021年，靳文菲實(shí)驗(yàn)室在《基因組生物學(xué)》上發(fā)表了組學(xué)大數(shù)據(jù)素描法kssd。kssd將組學(xué)大數(shù)據(jù)降維幾千至幾十萬倍之后仍能保持?jǐn)?shù)據(jù)集間距離或者相似度不變，實(shí)現(xiàn)了組學(xué)大數(shù)據(jù)的快速聚類、質(zhì)控、搜索等分析。2023年，團(tuán)隊(duì)在《生物信息學(xué)簡報(bào)》上發(fā)表新型RNA-seq定量方法TQSLE。TQSLE是目前唯一的能給出準(zhǔn)確轉(zhuǎn)錄本表達(dá)定量的非序列比對算法。

2022年，靳文菲和陳曦實(shí)驗(yàn)室合作在《自然·方法》上發(fā)表了他們開發(fā)的單細(xì)胞多模態(tài)組學(xué)技術(shù)ISSAAC-seq。ISSAAC-seq在細(xì)胞原位通過兩輪差異化的Tn5轉(zhuǎn)座反應(yīng)，分別標(biāo)記來自ATAC和RNA的讀段，混合擴(kuò)增建庫后測序，從而捕獲同一細(xì)胞的染色質(zhì)可及性和轉(zhuǎn)錄組。ISSAAC-seq被單細(xì)胞測序網(wǎng)等選入單細(xì)胞領(lǐng)域的10個(gè)“年度里程碑大事件”。同年，靳文菲和復(fù)旦大學(xué)倪挺實(shí)驗(yàn)室在《美國科學(xué)院院報(bào)》發(fā)表了單細(xì)胞多聚腺苷酸測序scPolyA-seq。利用這一技術(shù)發(fā)現(xiàn)polyA位點(diǎn)的使用伴隨著細(xì)胞周期變化呈現(xiàn)出幾種不同的模式；發(fā)現(xiàn)敲除MSL1或SCCPDH的polyA位點(diǎn)能影響細(xì)胞周期。這預(yù)示著polyA位點(diǎn)使用的轉(zhuǎn)換在細(xì)胞周期調(diào)控中發(fā)揮重要作用。

2024年1月，靳文菲和中山大學(xué)陳俊實(shí)驗(yàn)室在《自然·癌癥》上報(bào)道了腫瘤相關(guān)髓系細(xì)胞上的Sirpα不依賴CD47調(diào)控腫瘤免疫逃逸。研究通過分析大規(guī)模單細(xì)胞測序數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞表面受體Sirpα在腫瘤相關(guān)髓系細(xì)胞中特異性高表達(dá)并與癌癥患者預(yù)后呈負(fù)相關(guān)；發(fā)現(xiàn)Sirpα缺失誘導(dǎo)產(chǎn)生了強(qiáng)抗腫瘤的髓系細(xì)胞亞群，通過Syk/Btk激酶依賴的Ccl8分泌促進(jìn)T細(xì)胞募集。Sirpα敲除與抗PD-L1的聯(lián)合治療更好地抑制了腫瘤發(fā)展，意味著Sirpα阻斷有望成為腫瘤免疫治療的新靶點(diǎn)。

靳文菲的工作得到同行的高度認(rèn)可，受邀在國際會(huì)議或?qū)I(yè)研討會(huì)上做口頭報(bào)告50余次。入選了珠江人才和孔雀計(jì)劃。在靳文菲看來，把科研成果產(chǎn)業(yè)化才真的完成了科研的大閉環(huán)。他現(xiàn)在與多家公司在溝通相關(guān)成果的產(chǎn)業(yè)化，希望能夠早日造福各方。

誨人不倦，培養(yǎng)和造就科研新人

勤奮鉆研、不輕易放棄，是靳文菲及其團(tuán)隊(duì)高產(chǎn)的秘訣所在。靳文菲說：“在單細(xì)胞多聚腺苷酸測序項(xiàng)目中，起初分析這個(gè)數(shù)據(jù)的學(xué)生感覺數(shù)據(jù)不夠好退出了項(xiàng)目。這樣項(xiàng)目被擱置了很久。在和多個(gè)學(xué)生溝通后，來自鄭州大學(xué)的王軍亮同學(xué)最終接手了這個(gè)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)分析，他愿意嘗試各種探索性分析。一天，他突然發(fā)現(xiàn)細(xì)胞周期相關(guān)基因的polyA使用模式聚成了幾個(gè)明顯的簇，每個(gè)簇富集了特定功能的基因，項(xiàng)目的主要發(fā)現(xiàn)就這么突然產(chǎn)生了?！痹趩渭?xì)胞多模態(tài)組學(xué)技術(shù)ISSAAC-seq開發(fā)過程中，檢測到的RNA一直很少，項(xiàng)目進(jìn)入了漫長的瓶頸期?！昂献髡哧愱亟淌趲ьI(lǐng)徐瑋博士嘗試一年多，直到降低ATAC-seq的反應(yīng)溫度才獲得了高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。”靳文菲說，這些成果并不是靈光乍現(xiàn)得來的，而是長期堅(jiān)持和嘗試的結(jié)果。

靳文菲及其團(tuán)隊(duì)在一次次的磨合、鍛煉中成長。同時(shí)，他以身作則、積極溝通，帶動(dòng)大家的科研熱情。隨著經(jīng)驗(yàn)的積累，靳文菲也摸索出了自己的人才培養(yǎng)方案。他說：“在把握大方向的同時(shí)，給學(xué)生留出自我發(fā)揮空間。安排幾個(gè)博士生做內(nèi)容相關(guān)但又相對獨(dú)立的課題，既鍛煉他們獨(dú)立完成課題的能力也有利于他們相互討論和相互幫助。對于剛進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生來說，安排他們加入師兄師姐的課題使得他們能夠快速地掌握相關(guān)技能?！?/p>

靳文菲先后指導(dǎo)近30名本科生完成多項(xiàng)國家級競賽、國家級和省級大創(chuàng)項(xiàng)目等。為鍛煉本科生獨(dú)立思考的能力，靳文菲每年都會(huì)在課程中要求學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)程序，實(shí)現(xiàn)特定功能，并寫成報(bào)告?！皩?shí)驗(yàn)室畢業(yè)的本科生幾乎都進(jìn)入哈佛、北大、港大、哥大、復(fù)旦等國內(nèi)外著名高校繼續(xù)深造。2023年陳太陽同學(xué)被哈佛大學(xué)錄取，成為南科大建校以來第一名被哈佛大學(xué)錄取的學(xué)生。”靳文菲的付出受到了學(xué)生和學(xué)校的高度認(rèn)可，獲得了南科大首屆“良師益友”優(yōu)秀研究生導(dǎo)師、南科大致新書院優(yōu)秀書院導(dǎo)師、致新書院最具活力導(dǎo)師組、南科大優(yōu)秀研究生導(dǎo)師等榮譽(yù)。

作為南科大的元老級人物，靳文菲推動(dòng)并參與了學(xué)校早期平臺和制度建設(shè)、參與申報(bào)了學(xué)校的第一個(gè)博士點(diǎn)、參與申報(bào)了學(xué)校的第一個(gè)國家級科研平臺等。推動(dòng)并見證了一個(gè)個(gè)從無到有的轉(zhuǎn)變。他自豪地說：“在南科大工作的崢嶸歲月里，我推動(dòng)并見證了南科大的迅速崛起。”伴隨著南科大的一路躍升，靳文菲也以勤奮為筆，寫就了自己的專屬篇章。

孜孜向前，開啟奮進(jìn)新篇章

南科大已經(jīng)由一張藍(lán)圖變成現(xiàn)實(shí)，并由現(xiàn)實(shí)發(fā)展成為一個(gè)成熟的大學(xué)。靳文菲也將開始新征程。2024年，靳文菲將入職中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所。談到為什么加入中國科學(xué)院時(shí)，靳文菲說：“想到將在有著悠久科學(xué)傳承的岳陽路320號專心地做自己喜歡的科研，感到非常開心和興奮?！痹谛碌膷徫唬麑⒗^續(xù)保持創(chuàng)新的勇氣和勤奮的干勁，在基因組學(xué)和腫瘤生物領(lǐng)域交出更加濃墨重彩的答卷。