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“Aviv Regev是一位生物分析專家。現(xiàn)在，她正致力于繪制人體的每一個細(xì)胞。”這句話是羅氏（Roche）子公司基因泰克對她的官方介紹。2020年5月11日，羅氏（Roche）宣布，Regev加入羅氏子公司基因泰克研究與早期開發(fā)部門（Genentech Research and Early Development, gRED），接替Michael Varney成為新任負(fù)責(zé)人，并將于2020年8月1日成為羅氏公司執(zhí)行委員會的一員。說到這個基因泰克公司，可能有些小伙伴了解過一些它的江湖地位，這家生物技術(shù)公司創(chuàng)立于1976年，一直被認(rèn)為是現(xiàn)代生物技術(shù)行業(yè)的創(chuàng)始者，那么它在生物學(xué)界的影響力就不言而喻了。比如說，Immugent之前介紹的張澤民老師在回國之前也是就職于該公司，擔(dān)任癌癥基因組學(xué)和生物信息學(xué)組的首席，說通俗一點就相當(dāng)于國內(nèi)公司的項目經(jīng)理，而Aviv Regev則是這家公司的董事會主席之一。
介紹完Aviv Regev女神的就職情況，下面就粗略說一下為啥她能成為基因泰克的老板。截止到目前，Aviv Regev共發(fā)表了3篇nature medicine，4篇science，6篇nature，7篇cell，以及其它權(quán)威期刊文章近50篇。雖然在文章總數(shù)上并不多，可能還不如之前爆出的國內(nèi)在讀博士幾年發(fā)80多篇sci論文。但是她的文章沒有水刊，每一篇都是極高水平的研究。就拿2022年來說，就已經(jīng)發(fā)了7篇重量級研究，反正Immugent看她的文章一直都有種感覺，就是看的速度還沒有她發(fā)的快。當(dāng)然，今天這篇推文小編也不奢望，也不能夠完全介紹完Aviv Regev所有的研究，下面小編就是通過幾篇具有代表性的文章進(jìn)行解讀。
Aviv Regev現(xiàn)是MIT和哈佛大學(xué)Broad研究所的知名專家，也是國際人類細(xì)胞圖譜（Human Cell Atlas）項目的聯(lián)合主席。Aviv Regev曾和張鋒一起開發(fā)了多種單細(xì)胞RNA測序方法，在生物信息、機(jī)器學(xué)習(xí)算法方面貢獻(xiàn)了許多卓越的成果。因此，接下來的篇幅業(yè)主要集中在她在單細(xì)胞領(lǐng)域的研究發(fā)現(xiàn)。
1. 單細(xì)胞核與空間轉(zhuǎn)錄組測序確定與胰腺癌新輔助治療相關(guān)特征
根據(jù)時間順序，首先介紹的就是Aviv Regev在7月份發(fā)表在Nature Genetics雜志上合作發(fā)表了一篇題為Single-nucleus and spatial transcriptome profiling of pancreatic cancer identifies multicellular dynamics associated with neoadjuvant treatment 的文章。他們對來自43個接受新輔助治療和未經(jīng)治療的胰腺導(dǎo)管腺癌患者的新鮮和冰凍樣本，進(jìn)行了單細(xì)胞RNA測序、單細(xì)胞核RNA測序和空間轉(zhuǎn)錄組測序，發(fā)現(xiàn)對新輔助治療產(chǎn)生應(yīng)答的患者腫瘤中，上皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞中神經(jīng)樣祖細(xì)胞惡性細(xì)胞程序即NRP（Neural-like progenitor）異常改變，而無應(yīng)答的患者則沒有出現(xiàn)這樣的特征。
圖1：
通過相關(guān)研究，Regev團(tuán)隊基于上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和免疫細(xì)胞的亞型特征和微環(huán)境中其他轉(zhuǎn)錄水平的差異，將新輔助胰腺導(dǎo)管腺癌患者分為：經(jīng)典型、鱗狀細(xì)胞-基底細(xì)胞樣型和治療富集型共三型。具體來說，經(jīng)典型患者免疫微環(huán)境中主要是上皮細(xì)胞惡性進(jìn)程、肌纖維母細(xì)胞祖細(xì)胞、粘附性成纖維細(xì)胞進(jìn)程發(fā)生改變，巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和2型樹突狀細(xì)胞 （cDC2s）的比例也較其他亞型存在差異。治療富集型患者腫瘤微環(huán)境中NRP程序與神經(jīng)內(nèi)分泌樣惡性進(jìn)程、嗜神經(jīng)性成纖維細(xì)胞進(jìn)程和CD8+T細(xì)胞相關(guān)。鱗狀細(xì)胞-基底細(xì)胞樣型患者腫瘤組織中多是鱗狀細(xì)胞和基底細(xì)胞相關(guān)惡性進(jìn)程發(fā)生改變；微環(huán)境中的淋巴細(xì)胞和骨髓細(xì)胞亞型多樣，且上皮細(xì)胞和免疫細(xì)胞比例較高而成纖維細(xì)胞比例較低。
圖2：
總的來講，這項研究利用了胰腺導(dǎo)管腺癌患者腫瘤組織樣本進(jìn)行單細(xì)胞、單細(xì)胞核空間轉(zhuǎn)錄組分析，結(jié)合患者對新輔助治療響應(yīng)程度，探究了新輔助治療的細(xì)胞基礎(chǔ)和分子機(jī)制。表明在胰腺導(dǎo)管腺癌中，新輔助治療的效果與上皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞亞型有關(guān)。結(jié)合多組學(xué)數(shù)據(jù)，Regev團(tuán)隊對胰腺導(dǎo)管腺癌新輔助治療患者提出了精準(zhǔn)的分子分型，這對于設(shè)計新的新輔助治療方案具有重要參考價值。
2. 單細(xì)胞測序構(gòu)建新冠肺炎多器官圖譜揭示COVID-2019的病理特征
接下來要解讀的是Regev團(tuán)隊在去年發(fā)表在Nature雜志的題為：COVID-19 tissue atlases reveal SARS-CoV-2 pathology and cellular targets的文章，該研究采集了在麻省總醫(yī)院、布列根和婦女醫(yī)院以及貝斯以色列女執(zhí)事醫(yī)療中心接受治療并死于新冠肺炎的32名病人的420份尸檢樣本，構(gòu)成了一個覆蓋11種器官的COVID-19尸檢生物樣本庫。利用這個生物樣本庫，研究人員構(gòu)建了COVID-19患者的肺、腎、肝和心臟組織的單細(xì)胞（核）圖譜以及肺的空間圖譜，這些單細(xì)胞及空間圖譜為揭示新冠肺炎病毒導(dǎo)致人體器官衰竭以及最終死亡的病理提供了重要依據(jù)。
圖3：
鑒于新冠病毒主要通過人的呼吸系統(tǒng)進(jìn)行傳播，先前的很多單細(xì)胞研究都只是關(guān)注呼吸系統(tǒng)的器官。而在這項研究中，Regev團(tuán)隊不僅構(gòu)建了肺部細(xì)胞圖譜，還構(gòu)建了新冠肺炎尸檢樣本的肝臟、心臟和腎臟單細(xì)胞核圖譜。通過整合多個器官的單細(xì)胞數(shù)據(jù)，有助于我們對新冠病毒引起的并發(fā)癥有更清晰的認(rèn)識。雖然一些其它研究聲稱在非肺部的新冠肺炎組織中發(fā)現(xiàn)了病毒的RNA，作者并未在肝臟、心臟和腎臟的單細(xì)胞核圖譜中發(fā)現(xiàn)多少SARS-CoV-2病毒RNA。通過和正常心臟組織的比較，作者發(fā)現(xiàn)新冠肺炎的心臟在細(xì)胞組成和基因表達(dá)上都有所變化：患者的心臟中出現(xiàn)心肌細(xì)胞和周細(xì)胞比例顯著降低，出現(xiàn)血管內(nèi)皮細(xì)胞比例顯著增加；氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡通路、細(xì)胞粘附和免疫通路、細(xì)胞分化通路分別在周細(xì)胞、心肌細(xì)胞和成纖維細(xì)胞中表達(dá)量增加。
圖4：
最后，通過將細(xì)胞圖譜數(shù)據(jù)與新冠肺炎的全基因組關(guān)聯(lián)研究（genome-wide association study, GWAS）相結(jié)合，作者找到了具體細(xì)胞類型，尤其是II型肺泡細(xì)胞、纖毛細(xì)胞、CD8+ T細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，與新冠肺炎的遺傳風(fēng)險之間的關(guān)聯(lián)。當(dāng)GWAS及細(xì)胞圖譜數(shù)據(jù)變得更多時，這種結(jié)合分析的方法會變得更加有效。Regev團(tuán)隊還研究了27種不同的基因，這些基因在以前的全基因組關(guān)聯(lián)研究中與嚴(yán)重的COVID-19有關(guān)。在這項新的研究中，他們聚焦于少數(shù)在關(guān)鍵細(xì)胞類型中高度表達(dá)的細(xì)胞，特別是在受感染的肺部。這一發(fā)現(xiàn)有助于縮小導(dǎo)致嚴(yán)重疾病的潛在遺傳因素的范圍，并突出顯示可能與嚴(yán)重COVID-19最相關(guān)的細(xì)胞類型。
3. 單細(xì)胞測序繪制人類和小鼠的腸神經(jīng)圖譜
Regev團(tuán)隊在2020年的一項比較有意義的研究是發(fā)表在Cell雜志上的一篇題為：The Human and Mouse Enteric Nervous System at Single-Cell Resolution的研究成果。在這項研究中，作者開發(fā)了兩種方法，能夠以單細(xì)胞分辨率對成年小鼠和人類的腸神經(jīng)系統(tǒng)（ENS）進(jìn)行分析：RAISIN RNA-seq用核糖體結(jié)合的mRNA譜分析完整的細(xì)胞核，而MIRACL-seq則通過基于液滴的無標(biāo)簽富集稀有細(xì)胞類型分析。小鼠圖譜中的1,187,535個核包括來自回腸和結(jié)腸的5,068個神經(jīng)元，這些細(xì)胞顯示出非同尋常的神經(jīng)元多樣性。
圖5：
然而，后續(xù)的實驗證明了RAISIN RNA-seq這種方法并不適用于小鼠或人類中經(jīng)標(biāo)記過的細(xì)胞，并且基于液滴的分析對于稀有細(xì)胞類型而言效率又極其低下，因此研究人員通過在單個液滴中超載核/細(xì)胞，開發(fā)了MIRACL-seq，使得可以有效分析復(fù)雜組織中的稀有細(xì)胞類型。而該方法的主要設(shè)計思想為，經(jīng)過前期的提取核之后，對不同細(xì)胞的細(xì)胞核一并經(jīng)過Multiplexing Cost Calculator，通過使用兩種方法的結(jié)合（the 'demuxlet' algorithm 和'Cell hashing' approach)可以對來自不同遺傳背景的不同細(xì)胞進(jìn)行解離，高效可靠地檢測跨不同細(xì)胞的雙核液滴?；谏窠?jīng)元細(xì)胞數(shù)量占據(jù)整個腸道的極稀少的比例，作者主觀地將兩種稀有細(xì)胞在經(jīng)過一個通道時超載到一個液滴中的可能性默認(rèn)為0后，設(shè)計出一種新的算法可以特異地識別并移除包含一個目標(biāo)稀有細(xì)胞核與一個其他細(xì)胞細(xì)胞核的雙核液滴，進(jìn)而將得到的剩余的目標(biāo)稀有細(xì)胞核進(jìn)行后續(xù)的處理測序。
圖6：
總而言之，在這項研究中Regev團(tuán)隊開發(fā)了兩種新的適于人類和小鼠腸神經(jīng)系統(tǒng)，以及其他的復(fù)雜組織中細(xì)胞的稀有細(xì)胞類型的單細(xì)胞測序方法。對這些稀有細(xì)胞的進(jìn)一步分析可能會推動我們對腸道中細(xì)胞功能，參與的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步研究認(rèn)識，推動腸道在機(jī)體中更進(jìn)一步的重要作用的研究的發(fā)展，對研究腸道過敏性疾病以及其他至今無法解釋的腸道神經(jīng)病變（消化系統(tǒng)神經(jīng)受損或退化）產(chǎn)生新的思路。
4. 單細(xì)胞測序揭示特殊程序讓腫瘤對免疫檢查點藥物產(chǎn)生抵抗
最后介紹的這項Regev團(tuán)隊的研究就非常具有影響力了，它就是在2018年發(fā)表在Cell雜志上的篇名為：A Cancer Cell Program Promotes T Cell Exclusion and Resistance to Checkpoint Blockade的文章。作為利用單細(xì)胞測序技術(shù)探索腫瘤免疫特征的旗艦文章之一，目前這項研究以及被引用了500+次。在這項研究中，作者通過對黑色素瘤樣品進(jìn)行單細(xì)胞RNA測序（scRNAseq），鑒定出惡性腫瘤細(xì)胞中存在的一種免疫抵抗性程序，多種免疫抵抗性機(jī)制在這種免疫抵抗性程序中受到共同調(diào)節(jié)，而且這種免疫抵抗性程序可預(yù)測黑色素瘤患者對免疫治療作出的反應(yīng)，此外，CDK4/6抑制劑可抑制這種免疫抵抗性程序，從而可能讓黑色素瘤對免疫治療變得敏感。
圖7：
免疫檢查點抑制劑在一些黑色素瘤患者中產(chǎn)生持久的反應(yīng)，但是許多患者并沒有獲得臨床獲益，而且產(chǎn)生這種抵抗性的分子基礎(chǔ)仍然是未知的。在這項新的研究中，這些研究人員通過對33種黑色素瘤樣品進(jìn)行單細(xì)胞RNA測序和開展計算分析來尋找促進(jìn)免疫逃避的惡性腫瘤細(xì)胞狀態(tài)。這些研究人員鑒定出惡性腫瘤細(xì)胞表達(dá)的一種免疫抵抗性程序與T細(xì)胞排斥和腫瘤免疫逃避相關(guān)。這種免疫抵抗性程序在免疫檢查點抑制劑治療之前就已表達(dá)，是原位冷腫瘤微環(huán)境的一個特征。在一個獨立的112名黑色素瘤患者群體中，這種免疫抵抗性程序可用來預(yù)測患者對抗PD-1療法作出的臨床反應(yīng)。此外，這些研究人員還發(fā)現(xiàn)CDK4/6抑制劑可抑制惡性腫瘤細(xì)胞中的這種免疫抵抗性程序，誘導(dǎo)細(xì)胞衰老，而且當(dāng)在體內(nèi)與免疫檢查點抑制劑（比如抗PD-1抗體）聯(lián)用時，可降低小鼠模型中的腫瘤生長。
圖8：
通過利用臨床多個患者隊列的scRNA-seq數(shù)據(jù)，Regev團(tuán)隊繪制了與免疫檢查點抑制劑（ICI）耐藥相關(guān)的惡性細(xì)胞狀態(tài)，揭示了一個具有預(yù)后和預(yù)測價值并可能具有治療靶向性的連貫程序。該程序在幾個獨立隊列中都精準(zhǔn)的預(yù)測了ICI反應(yīng)效果，并且明顯優(yōu)于其他已發(fā)表的基于標(biāo)記的生物標(biāo)志物。因為在許多現(xiàn)有的生物標(biāo)志物中，一旦考慮到推斷的T細(xì)胞水平，就沒有附加的預(yù)測價值。而這項研究開創(chuàng)性的預(yù)測了患者對抗PD -1的反應(yīng)，在某種程度上也預(yù)測了對抗CTLA-4的治療反應(yīng)，但還需要進(jìn)一步的研究來分析治療特異性效應(yīng)，以達(dá)到預(yù)測所有患者/隊列中免疫檢查點的治療效果。
5.小結(jié)
除了上面講到的Regev的一些代表作之外，還值得一提的就是她和張鋒老師合作開發(fā)的Perturb-seq測序技術(shù)。Perturb-seq目的是通過關(guān)閉每個細(xì)胞中的一個或多個基因，然后測定它們?nèi)绾斡绊懫渌幕颍瑥亩鴮崿F(xiàn)大規(guī)模、精確地分離遺傳途徑。以往研究人員只能同時操作少量基因，但是Perturb-seq可以一次處理1000甚至10000個基因。得出的結(jié)果將可以揭示基因如何相互調(diào)控，以及一次激活或失活多個基因的綜合作用——單獨操作單個基因是無法揭示這一點的。
能有這么多的科研產(chǎn)出，背后肯定是沒日沒夜的辛苦付出。Regev實驗室的工作人員曾經(jīng)說到，她工作起來就沒日沒夜。就拿Perturb-seq對應(yīng)的研究來說，提交論文的前幾周，她每天6點召開項目會議。文章的第一作者Dixit在論文補(bǔ)充方法的末尾寫了一句笑話——此句只是為了看看有沒有人會讀到這里。Regev在凌晨3點就發(fā)現(xiàn)了這個句子，那是他們論文提交的前一天晚上。也就是說，Regev 3點還沒睡，6點可是要組織開會的。不知道大家的感觸如何，反正小編打心底非常敬佩Regev，她的這種對待科研的認(rèn)真負(fù)責(zé)和嚴(yán)謹(jǐn)性值得我們每一位科研人員的學(xué)習(xí)。
Regev的工作強(qiáng)度和高度聚焦源自于她對科研的無限熱愛。Regev認(rèn)為自己是非常幸運的人，做的是她最愛的事情。Regev還非常熱愛細(xì)胞，無論怎么看，對她來說，細(xì)胞都是神奇且迷人的。
本文最后通過她實驗室的官網(wǎng)，介紹一下Regev比較熱愛的研究方向：我們對生物網(wǎng)絡(luò)、基因調(diào)控和進(jìn)化感興趣。我們的工作重點是解剖復(fù)雜的分子網(wǎng)絡(luò)，以確定它們?nèi)绾卧诿鎸z傳和環(huán)境變化時，以及在分化、進(jìn)化和疾病過程中發(fā)揮作用和進(jìn)化。但是，需要注意的是，目前Regev的實驗室不再接收學(xué)生了，只能通過項目合作的方式到她的實驗室學(xué)習(xí)。
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