靳文菲 | 勤奮為筆，刻畫細胞千姿百態(tài)

常規(guī)測序獲得一群細胞的信號均值，丟失了細胞的個性化信息，而單細胞測序的出現(xiàn)則彌補了這一不足。單細胞測序是在單個細胞水平對基因組、轉錄組或表觀基因組進行測序分析的技術。自2009年全球第一篇單細胞測序論文發(fā)表以來，單細胞測序技術快速發(fā)展。近年，單細胞轉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)單細胞測序技術一般只檢測細胞的一種模態(tài)，導致信息碎片化。因此，開發(fā)高效的單細胞多組學技術捕獲同一細胞的多種模態(tài)信息成為亟須解決的難題。

▲靳文菲

南方科技大學（簡稱“南科大”）生命科學學院副教授靳文菲，長期利用組學技術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)單細胞測序技術和分析方法，并應用這些方法研究腫瘤，為尋找新的免疫治療靶點而不懈創(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》《美國科學院院報》等國際著名期刊發(fā)表論文20余篇，總引用超3000次。每一項成果的背后都是靳文菲踏實勤奮的身影。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，群體遺傳學初展頭角

2001年，生命科學方興未艾。靳文菲進入鄭州大學剛設立的生物工程系學習。在校期間，他考取了多個計算機證書，無形中為日后利用計算手段研究基因組打下了基礎。

“2005年，我聽說中國科學院上海生命科學研究院（簡稱‘上海生科院’）在招實習生，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（生物化學家與分子生物學家、中國科學院院士）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。在上海生科院的實習，讓此前很少有機會接觸科學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院與德國馬普學會共同規(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構——中國科學院-馬普學會計算生物學伙伴研究所（簡稱“計算生物所”）。計算生物所寬松自由的學術氛圍與先進的科研教學理念深深吸引著他，令人欣喜的是，靳文菲也幸運地被計算生物所錄取為第一屆研究生，使得他在計算生物學這一交叉學科興起之初就能進入其中。

一天晚上，靳文菲和同學一起去找金力教授（人類遺傳與進化遺傳學家、中科院院士）討論到他的實驗室做輪轉，金力教授娓娓動聽地講述了一些自己經(jīng)歷或遇到的有趣科學故事，介紹了人類遺傳學的熱點。金力教授視野開闊、和藹可親、樂觀堅毅，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年多的博士學習期間。師兄徐書華博士給了靳文菲很多幫助和指導。徐書華博士成為靳文菲的共同博士生導師。在兩位導師的用心指導下，他開始利用單核苷酸多態(tài)性數(shù)據(jù)分析人群結構和人群混合。通過分析我國混合人群如維吾爾族積累了一定經(jīng)驗后，他又轉向了更國際化的課題——美國黑人人群的形成。他在這個過程中構建了一系列研究混合人群的方法。

當時遇到的最大難題是手頭的美國黑人數(shù)據(jù)太少，靳文菲時刻關注著公共數(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)，以便構建數(shù)據(jù)庫為全球的全基因組關聯(lián)分析研究提供免費的健康對照。”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》《美國人類遺傳學雜志》《人類分子遺傳學》等期刊上，施普林格出版集團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會/美國人類遺傳學會（ICHG/ASHG）旅行獎、施普林格優(yōu)秀博士論文、中國科學院百篇優(yōu)秀博士論文、禮來優(yōu)秀博士論文、計算生物所第一作者獎，以及地奧獎學金、輝瑞獎學金等榮譽獎勵。

勇于探索，單細胞表觀遺傳創(chuàng)佳績

“畢業(yè)前，美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）的表觀遺傳學家趙可吉研究員（美國科學促進會會士）來所里交流，我借機交流并獲得了去他實驗室做博士后的錄取通知。”靳文菲說。2013年1月2日，他開始在NIH趙可吉實驗室進行表觀基因組研究。這個實驗室屬于NIH的院內(nèi)研究項目資助，有穩(wěn)定經(jīng)費支持，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驗室已有工作做簡單的擴展，要做探索性工作?！辈痪?，靳文菲和丹尼爾·克勞夏（Daniel 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》上，這增強了靳文菲的信心。他由此開始了一項極具挑戰(zhàn)性的工作——研究染色質(zhì)可及性在細胞間的差異。

最終，功夫不負有心人，靳文菲和同事在《自然》上報道了開發(fā)的單細胞DNase測序技術。這項技術能夠很好地檢測染色質(zhì)可及性的細胞間差異及癌細胞特異性的染色質(zhì)可及性，在學界產(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、美國國立衛(wèi)生研究院卓越科研獎（FARE）、美國國立衛(wèi)生研究院中國學者聯(lián)誼會卓越科學家獎等。

從零起步，組建單細胞精準醫(yī)學實驗室

當靳文菲在NIH積極探索時，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。鄧巍巍教授在2017年寫的《終身教授海歸記》中對南科大的辦學理念、辦學特點、學術氛圍等進行了細膩的刻畫。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。

雖然南科大有先進的辦學理念，但當時作為一所新建大學，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)實很骨感。幸運的是，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，實驗室達到5名成員的規(guī)模，迅速采購實驗儀器設備并搭建了高性能計算平臺。半年后，實驗室已經(jīng)進入正常運轉狀態(tài)。

在新單位籌建實驗室還面臨著一系列難題。因?qū)W校沒有博士學位授予點，主要依賴哈爾濱工業(yè)大學等大學進行聯(lián)合培養(yǎng)，博士生名額非常少，且實驗室也沒有足夠的經(jīng)費長期穩(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充人才隊伍的重要途徑。其間，先后有山西醫(yī)科大學的王雪飛、鄭州大學的王軍亮、中國科學院上海生科院的姚超、美國東北大學的索菲婭·霍（Sophia Ho）等客座學生加入實驗室?？妥鶎W生不僅承擔了科研項目，也豐富了實驗室的文化。

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)基因組技術和計算方法解決生物醫(yī)學難題。同時，靳文菲積極承擔國家科研任務，先后承擔了8項與基因組學相關的國家級科研任務，包括主持4項國家自然科學基金委項目。他作為課題負責人參與了“獲得性性狀的生殖傳遞機制”和“數(shù)字化細胞參照系研究、建設與示范應用”兩項國家重點研發(fā)計劃。靳文菲把實驗室的科研工作融入承擔的科研任務當中，在單細胞測序、組學大數(shù)據(jù)挖掘等方面取得了系統(tǒng)性成果，并把這些技術應用到腫瘤研究中。

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

2021年，靳文菲實驗室在《基因組生物學》上發(fā)表了組學大數(shù)據(jù)素描法kssd。kssd將組學大數(shù)據(jù)降維幾千至幾十萬倍之后仍能保持數(shù)據(jù)集間距離或者相似度不變，實現(xiàn)了組學大數(shù)據(jù)的快速聚類、質(zhì)控、搜索等分析。2023年，團隊在《生物信息學簡報》上發(fā)表新型RNA-seq定量方法TQSLE。TQSLE是目前唯一的能給出準確轉錄本表達定量的非序列比對算法。

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

2024年1月，靳文菲和中山大學陳俊實驗室在《自然·癌癥》上報道了腫瘤相關髓系細胞上的Sirpα不依賴CD47調(diào)控腫瘤免疫逃逸。研究通過分析大規(guī)模單細胞測序數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)細胞表面受體Sirpα在腫瘤相關髓系細胞中特異性高表達并與癌癥患者預后呈負相關；發(fā)現(xiàn)Sirpα缺失誘導產(chǎn)生了強抗腫瘤的髓系細胞亞群，通過Syk/Btk激酶依賴的Ccl8分泌促進T細胞募集。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。

靳文菲的工作得到同行的高度認可，受邀在國際會議或?qū)I(yè)研討會上做口頭報告50余次。入選了珠江人才和孔雀計劃。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，是靳文菲及其團隊高產(chǎn)的秘訣所在。靳文菲說：“在單細胞多聚腺苷酸測序項目中，起初分析這個數(shù)據(jù)的學生感覺數(shù)據(jù)不夠好退出了項目。這樣項目被擱置了很久。在和多個學生溝通后，來自鄭州大學的王軍亮同學最終接手了這個項目的數(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)細胞周期相關基因的polyA使用模式聚成了幾個明顯的簇，每個簇富集了特定功能的基因，項目的主要發(fā)現(xiàn)就這么突然產(chǎn)生了?！痹趩渭毎嗄B(tài)組學技術ISSAAC-seq開發(fā)過程中，檢測到的RNA一直很少，項目進入了漫長的瓶頸期?！昂献髡哧愱亟淌趲ьI徐瑋博士嘗試一年多，直到降低ATAC-seq的反應溫度才獲得了高質(zhì)量的數(shù)據(jù)?！苯姆普f，這些成果并不是靈光乍現(xiàn)得來的，而是長期堅持和嘗試的結果。

靳文菲及其團隊在一次次的磨合、鍛煉中成長。同時，他以身作則、積極溝通，帶動大家的科研熱情。隨著經(jīng)驗的積累，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，給學生留出自我發(fā)揮空間。安排幾個博士生做內(nèi)容相關但又相對獨立的課題，既鍛煉他們獨立完成課題的能力也有利于他們相互討論和相互幫助。對于剛進入實驗室的學生來說，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技能。”

靳文菲先后指導近30名本科生完成多項國家級競賽、國家級和省級大創(chuàng)項目等。為鍛煉本科生獨立思考的能力，靳文菲每年都會在課程中要求學生設計一個程序，實現(xiàn)特定功能，并寫成報告?！皩嶒炇耶厴I(yè)的本科生幾乎都進入哈佛、北大、港大、哥大、復旦等國內(nèi)外著名高校繼續(xù)深造。2023年陳太陽同學被哈佛大學錄取，成為南科大建校以來第一名被哈佛大學錄取的學生?！苯姆频母冻鍪艿搅藢W生和學校的高度認可，獲得了南科大首屆“良師益友”優(yōu)秀研究生導師、南科大致新書院優(yōu)秀書院導師、致新書院最具活力導師組、南科大優(yōu)秀研究生導師等榮譽。

作為南科大的元老級人物，靳文菲推動并參與了學校早期平臺和制度建設、參與申報了學校的第一個博士點、參與申報了學校的第一個國家級科研平臺等。推動并見證了一個個從無到有的轉變。他自豪地說：“在南科大工作的崢嶸歲月里，我推動并見證了南科大的迅速崛起?！卑殡S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，開啟奮進新篇章

南科大已經(jīng)由一張藍圖變成現(xiàn)實，并由現(xiàn)實發(fā)展成為一個成熟的大學。靳文菲也將開始新征程。2024年，靳文菲將入職中國科學院上海營養(yǎng)與健康研究所。談到為什么加入中國科學院時，靳文菲說：“想到將在有著悠久科學傳承的岳陽路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，在基因組學和腫瘤生物領域交出更加濃墨重彩的答卷。

專家簡介

靳文菲，南方科技大學生科院副教授，研究員、博士生導師、國家高層次青年人才、珠江人才計劃青年拔尖人才。長期從事基因組學、腫瘤免疫相關研究。主要研究方向：1.發(fā)展和利用單細胞測序技術研究腫瘤微進化和腫瘤微環(huán)境；2.生物信息。發(fā)表論文50余篇，其中以（含共同）第一/通訊作者身份在《自然》《自然·癌癥》《自然·方法》《分子細胞》《美國科學院院報》《基因組研究》《基因組生物學》等雜志發(fā)表29篇論文，總引用>3000次（谷歌學術）。先后承擔十余項國家和省部級項目（主持4項國家自然科學基金和2項國家重點研發(fā)課題負責）。擔任《分子遺傳學和基因組學》副總編輯和多個雜志的編委。

曾獲南方科技大學“良師益友”優(yōu)秀研究生導師、優(yōu)秀書院導師、南科大優(yōu)秀研究生導師和美國國立心肺血液所奧洛夫（Orloff）創(chuàng)新獎、美國國立衛(wèi)生研究院杰出科研獎、施普林格優(yōu)秀博士論文，中國科學院百篇優(yōu)秀博士論文、禮來優(yōu)秀博士論文等十幾種榮譽。