细胞是生命的基本单位，了解它的过去、现在和未来不仅有助于我们了解正常发育的过程，也对理解疾病的产生和发展至关重要。然而，想要“看清”细胞的“前世今生”仍然存在显著的技术困难。

8月17日，现任中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所研究员（原瑞士洛桑联邦理工学院博士后）陈万泽以共同第一作者身份在国际顶级期刊Nature上发表长文，介绍了研究团队在国际首创的活细胞转录组测序技术（Live-seq），该技术首次让单细胞进行转录测序后，依然能保持细胞存活，首次实现了活细胞全基因表达的连续观测。

“该研究实现了使用Live-seq技术对同一个活细胞多次分离部分细胞质进行多次转录组测序的可行性，表明这一技术有望在将来用于构建单个活细胞的转录组系列变化动态。该研究为单细胞转录组测序提供了全新的研究策略，为我们理解生命过程的动态变化提供了强有力的手段，是这一领域的又一重大突破。” 北京大学生命科学学院教授汤富酬评论道。

不杀死细胞就能测序          

人类体内的细胞拥有几乎一样的基因组，但是为什么能够产生多种多样的细胞？基因组中数万个的基因表达与否和高低，很大程度上决定了细胞的种类和功能，比如神经细胞、免疫细胞、各种肿瘤细胞等等。

因此，如果知道细胞不同时间的基因表达的变化，就能够了解细胞的过去、现在和未来。

当前，单细胞转录组测序技术是了解细胞状态的重要手段，就像看一张“高清照片”，通过单细胞测序能够看清细胞现在所有基因的表达状态。但是这些技术在理解细胞状态“电影”般的动态变化上却有很大的挑战。

“利用单细胞转录组测序技术来观测细胞状态的前提，是需要将细胞裂解，提取其中的RNA来测定每个基因表达量的高低，但这样就不能避免地杀死了细胞。”陈万泽说道，“使用单细胞测序技术，也只能了解到一个细胞当下的状态，却不能获得它的过去，也无法知晓它将来的功能。”

通过近七年的努力，陈万泽与合作者开发了活细胞转录组测序技术Live-seq，其核心是通过对活细胞中的部分细胞质进行微创提取，并对极其微量的细胞质RNA进行扩增，实现在进行单细胞转录组测序后，依旧保持细胞的存活和功能，从而可以跟踪细胞的动态变化。

论文通讯作者、瑞士洛桑联邦理工学院教授Bart Deplancke表示，该技术兼具全基因表达分辨率和动态解析能力，是目前对单细胞转录组直接动态测量、偶联细胞现有状态和其后续表型的唯一解决方案。

两次碰壁，终于“钓”出RNA            

如何在不杀死细胞的前提下，看到细胞的动态变化？

瑞士洛桑联邦理工学院学科交叉氛围浓厚，在一次偶然的学术交流中，陈万泽与导师了解到，瑞士苏黎世联邦理工学院的Julia Vorholt实验室开发了一种特殊的原子力显微镜，能够吸出一部分的细胞质。

一番交流后，两个课题组一拍即合，展开了联合攻关。联合团队对一系列的实验过程进行了优化，包括解决了RNA降解、低温下的快速操作、超微量样品转移、采样通道清洗避免交叉污染、图像下追踪细胞等多种问题，以保证实验结果的可靠性。

联合团队利用重新改造后的Live-seq，对五种类型共295个细胞进行了测序，发现Live-seq能够有效区分不同类型的细胞，且平均每个细胞能检测到约4112个基因的表达信息。

对此，审稿人在评审意见中也写道：“由于细胞测序后仍旧存活，Live-seq首次实现对同一个细胞全基因表达的连续测量。”

细胞测序史从“高清图片”到“高清电影”的跨越            

在细胞观测技术史上，显微成像和基因编辑介导的分子记录等技术不仅能观察细胞水平的生长、分裂、死亡等过程，还能观测细胞中的单个或几个基因指标。

2009年，单细胞转录组测序技术为更系统全面地定义细胞类型和状态提供了变革性手段。但人们仍然只能观察到细胞的静态状态，无法连续观测细胞的动态或者检查细胞后续的表型。

如果将利用单细胞转录组测序技术观测细胞比喻为看一张细胞在分子水平的高清图片，那么利用Live-seq观测细胞，就好比看一部高清电影，能够看见细胞的“前世今生”。

“Live-seq可以回答细胞怎样的过去决定了它的现在，不只知道细胞中为何存在差异，还知道这些差异从何而来。”陈万泽介绍道。

在验证实验中，研究团队利用Live-seq直接测定了同一个巨噬细胞在不同时间的状态变化，发现细胞起始状态的少数基因的表达差异和噪音（如Nfkbia、Gsn等）是决定细胞后续反应差异的重要原因。对应地，普通的单细胞转录组无法找到这些规律。

陈万泽表示，尽管Live-seq仍然存在诸多挑战，需要进一步完善，比如低通量、暂不能在体内应用、在高度极化且mRNA分布不均的细胞中无法实现全细胞转录组测序、对细胞更多次的采样还需进一步研究等，但该技术首次实现了活细胞连续观测，也为单细胞测序技术发展带来了更多可能性。未来，团队将进一步进行深入研究，提高Live-seq技术的可用性。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-022-05046-9            

DOI: 10.1038/s41586-022-05046-9            

论文配图：

图说：活细胞测序记录细胞的变化示意图  来源：Duygu Koldere Vilain      

（原标题《科学家成功实现活细胞转录组测序 细胞测序史从“高清图片”到“高清电影”的跨越》