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深耕神经领域,解锁成体干细胞奥秘——访中科院吴青峰研究员

2019/08/21 来源:生物探索
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导读
生物探索有幸采访到了中国科学院遗传与发育生物学研究所的吴青峰研究员,听他分享了一些他对单细胞测序应用在神经系统研究,尤其是成体干细胞研究问题上的见解。

1992年,加拿大病理学家雷诺兹第一次在成年小鼠大脑的纹状体中分离出能够在体外不断分裂增殖的、具有多向分化潜能的神经细胞群,由此而提出了神经干细胞(Neural stem cell-NSC)的概念。现在可知,雷诺兹当年所分离的实际上应该是成体神经干细胞。

就严格定义而言,神经干细胞指的是分布于胚胎及成人中枢及周围神经系统的干细胞。但狭义的神经干细胞往往指的仅是成体神经干细胞,是分布于成人中枢及周围神经系统的干细胞。记得有人曾经这样描述和比较体细胞和干细胞的区别,如果说体细胞是具有一技之长的“专门人才”,而干细胞就可以比喻成尚不具备专门才能,但可以通过学习发展成才的“潜在人才”。那么,成体干细胞就像已经接受过大量专业训练的学生,一般只会发展成特定领域的人才。当把范围缩小至神经领域时,就成为神经成体干细胞,也就是“受过专业训练并能发展成神经领域的特定人才”。


以往有研究显示,成体神经干细胞存在于调节内脏活动和内分泌活动的高级神经中枢——下丘脑中,特别是在中底下丘脑区域中。这些区域的神经发生减少通常与一些年龄相关疾病的出现有关。这似乎某种程度上为研究人类衰老提供了新的契机,可能正是因为几千年来,人类一直在寻找青春之泉,希望能够永不衰老。于是,一批又一批的科学家们投入了成体神经干细胞的研究中,使其成为神经科学中非常活跃的分支。来自中国科学院遗传与发育生物学研究所的吴青峰研究员就是这一群热爱脑神经科学研究的科学家们中的一位。

据了解,吴青峰早年间就读于复旦大学临床医学专业。毕业后,出于对神经科学的浓厚兴趣,吴青峰选择在中国科学院神经科学研究所继续进行硕士和博士的深造。在收获博士学位后,吴青峰并没有满足,希望更多地与国际水平研究接轨以及与国际研究人员交流。于是,他在约翰霍普金斯大学从事了4年博士后研究。

这些年中,由于出色的研究表现,吴青峰先后获得过中国科学院院长特别奖(特等奖)、中国科学院优秀博士毕业论文奖、礼来优秀博士论文奖、细胞生物学青年论坛学术新人奖、人类前沿科学奖(HFSP Postdoctoral Fellowship)、美国马里兰干细胞研究基金奖(MSCRFFellowship)等奖项,并于2017年入选中国科学院“百人计划”,2018年入选中国科学院脑智卓越中心。

现在,吴青峰研究员作为中国科学院遗传与发育生物学研究所的博士生导师,也正带领着更多年轻人走在探索神经科学的道路上。

在不久前举办的《第二届单细胞测序技术高端研讨会》上,吴青峰研究员做了《Application of scRNA-seq to decode the potential of somatic stem cells》的主题报告。生物探索也有幸采访到了中科院遗传发育所的吴青峰研究员,听他分享了一些他对单细胞测序应用在神经系统研究,尤其是成体干细胞研究问题上的见解。匆匆采访,思维敏捷和谦虚随和是吴青峰研究员给人的印象。


吴青峰研究员

关于单细胞技术研究成体干细胞特征

Q:您主要利用单细胞测序技术来研究成体干细胞的哪些特征呢?

A:对于这个单细胞测序技术,我们现在用它来研究很多东西,包括神经发育。从神经发育角度讲,我们主要用单细胞测序技术来研究一些成体干细胞的东西,比如:成体干细胞的静态,它如何被激活,在激活以后如何进行谱系的发生发展,以及它在再生过程当中如何发生。在衰老研究当中,单细胞测序技术也可以用来解释衰老过程中干细胞的基本特征的转变。

单细胞技术研究神经发育难点

Q:您认为单细胞测序技术对神经发育学的研究主要还有哪些难点?仍有哪些方面需要突破呢?

A:其实,单细胞测序技术用在研究发育方面,不仅仅是神经发育,整个的胚胎发育机制都存在着一两个方面的难点。最主要的难点还是在谱系的重构上面。所以说,在谱系重构方面,我们现在完全是利用单细胞转录组,每一个细胞之间来进行类似的一个重构。但这种重构,它的精确性还是有待考证的。现在就需要更多地引进一些像barcoding这样的技术来非常完整地对发育过程,特别是神经发育过程当中的一个细胞谱系的发生发展进行谱系的重构。因为神经系统里面神经元的类别非常多,具有非常大的多样性。所以,用单细胞测序技术进行谱系重构的时候会导致错误的发生。因此,还需要结合其它的一些技术,来完整的重构出这个神经系统发育的整个过程。

单细胞技术在神经系统研究的其它应用

Q:除了您刚刚在报告中介绍到的单细胞测序技术在下丘脑研究中的一些应用,单细胞测序技术在其它神经系统研究中还有哪些应用?您能简单介绍一下吗?

A:单细胞测序技术在神经系统当中的应用,现在是非常非常广泛。现在神经科学当中有一个非常热的一个field (领域),就在解析神经环路方面,特别是不同的神经元亚型在不同的神经环路当中各自发挥着非常重要的作用。我们虽然能够知道某一群神经元或者是某一个区域的神经元通过某个神经环路来调节某个行为,但是我们无法非常精确地知道这群神经元或者某一个区域的神经元里面,究竟哪一个非常精细的神经元亚群调控着这个环路,调控着这个机体的行为。所以说,结合单细胞测序对包括神经环路的解析再到行为这些方面的研究以及对某一群神经元功能的研究能起到一个非常重要的作用。

关于神经系统疾病的药物研发

Q:最后想请您谈一下通过单细胞测序技术对成体干细胞的研究结果有何应用前景?以及对神经系统疾病临床治疗和治疗药物开发有何意义呢?

A:对这些方面,我可以谈几点。第一点就是有什么应用前景。我们用单细胞测序技术解析出来很多神经干细胞或者成体干细胞的各种各样的属性。至少能够通过调控成体干细胞的增值、分化,让它们在组织再生或者是器官再生当中提供很多线索。第二个就是在衰老的过程当中,其实我们身上的成体干细胞的机能都发生了衰退。如果能够逆转这个过程也是非常非常重要的。所以说,我们需要有一些单细胞测序的结果,来使得我们对衰老的成体干细胞进行非常深入的理解,从而逆转我们在衰老机体当中成体干细胞的一些静态性,让它们在老年机体当中能够更加活跃的进行分裂,让我们的机体保持一种年轻态。最后一点就是在临床方面或者药物开发方面的重要作用。单细胞测序可以非常完整的去解析细胞上面的一些受体或者通道的一些基因表达情况。所以,我们可以利用这些通道或者这些受体来做药物靶点,进行高通量的药物筛选。我想这个至少可以对临床或者是药物开发方面提供一些更多线索。


与吴青峰研究员的交流中我们了解到他现在主要的研究方向在神经科学领域,包括成体神经干细胞的静态性研究以及成体神经干细胞特征转变与衰老的研究等,也获知了单细胞测序技术在神经回路解析中的前沿应用,更听取了他对应用单细胞测序在成体干细胞研究、神经系统疾病治疗和药物研发上应用前景的看法。非常感谢吴青峰研究员如此详细全面系统的回答!也期待他和他的团队为我们带来更多前沿神经科学的研究成果。

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