靳文菲 南方科技大学生命科学学院副教授

——记南方科技大学生命科学学院副教授靳文菲 

2024-06-11　 

常规测序获得一群细胞的信号均值，丢失了细胞的个性化信息，而单细胞测序的出现则弥补了这一不足。单细胞测序是在单个细胞水平对基因组、转录组或表观基因组进行测序分析的技术。自2009年全球第一篇单细胞测序论文发表以来，单细胞测序技术快速发展。近年，单细胞转录组测序虽已相对成熟，但有许多其他模态还不能被较好地检测出来。此外，常规单细胞测序技术一般只检测细胞的一种模态，导致信息碎片化。因此，开发高效的单细胞多组学技术捕获同一细胞的多种模态信息成为亟须解决的难题。 

▲靳文菲

南方科技大学（简称“南科大”）生命科学学院副教授靳文菲，长期利用组学技术和生物信息手段来解析基因调控和疾病发生发展。近年来，他立足于开发单细胞测序技术和分析方法，并应用这些方法研究肿瘤，为寻找新的免疫治疗靶点而不懈创新。迄今为止，靳文菲已发表论文50余篇，其中以第一/通讯作者身份在《自然》《自然·方法》《自然·癌症》《美国科学院院报》等国际著名期刊发表论文20余篇，总引用超3000次。每一项成果的背后都是靳文菲踏实勤奋的身影。创新本无根，尽从勤里得，用这句话来形容靳文菲再合适不过。 

名师引路，群体遗传学初展头角 

2001年，生命科学方兴未艾。靳文菲进入郑州大学刚设立的生物工程系学习。在校期间，他考取了多个计算机证书，无形中为日后利用计算手段研究基因组打下了基础。 

“2005年，我听说中国科学院上海生命科学研究院（简称‘上海生科院’）在招实习生，便写信联系，但久不见回音。于是，我直接去了上海生科院，王恩多老师（生物化学家与分子生物学家、中国科学院院士）和刘默芳老师与我聊过之后觉得我可以做一些事情，爽快地录用了我。”靳文菲说。在上海生科院的实习，让此前很少有机会接触科学前沿的靳文菲大开眼界。靳文菲在大院里见到了由中国科学院与德国马普学会共同规划、合作筹建、联合资助、共同管理、高度国际化的新型科研机构——中国科学院-马普学会计算生物学伙伴研究所（简称“计算生物所”）。计算生物所宽松自由的学术氛围与先进的科研教学理念深深吸引着他，令人欣喜的是，靳文菲也幸运地被计算生物所录取为第一届研究生，使得他在计算生物学这一交叉学科兴起之初就能进入其中。 

一天晚上，靳文菲和同学一起去找金力教授（人类遗传与进化遗传学家、中科院院士）讨论到他的实验室做轮转，金力教授娓娓动听地讲述了一些自己经历或遇到的有趣科学故事，介绍了人类遗传学的热点。金力教授视野开阔、和蔼可亲、乐观坚毅，给靳文菲留下深刻的印象。靳文菲与金力教授的愉快交流一直贯穿于5年多的博士学习期间。师兄徐书华博士给了靳文菲很多帮助和指导。徐书华博士成为靳文菲的共同博士生导师。在两位导师的用心指导下，他开始利用单核苷酸多态性数据分析人群结构和人群混合。通过分析我国混合人群如维吾尔族积累了一定经验后，他又转向了更国际化的课题——美国黑人人群的形成。他在这个过程中构建了一系列研究混合人群的方法。 

当时遇到的最大难题是手头的美国黑人数据太少，靳文菲时刻关注着公共数据库中美国黑人数据的更新。一天，他突然看到新闻报道说：“因美纳公司正在收集全球人群的单核苷酸多态性微阵列数据，以便构建数据库为全球的全基因组关联分析研究提供免费的健康对照。”他立刻意识大量高质量的美国黑人数据将唾手可得。在成熟的分析方法和高质量数据的加持下，他解析了美国黑人的形成历史及自然选择对他们高发疾病的影响。成果发表在《基因组研究》《美国人类遗传学杂志》《人类分子遗传学》等期刊上，施普林格出版集团还以图书形式出版了他的博士论文。靳文菲获得了国际人类遗传学会/美国人类遗传学会（ICHG/ASHG）旅行奖、施普林格优秀博士论文、中国科学院百篇优秀博士论文、礼来优秀博士论文、计算生物所第一作者奖，以及地奥奖学金、辉瑞奖学金等荣誉奖励。 

勇于探索，单细胞表观遗传创佳绩 

“毕业前，美国国立卫生研究院（NIH）的表观遗传学家赵可吉研究员（美国科学促进会会士）来所里交流，我借机交流并获得了去他实验室做博士后的录取通知。”靳文菲说。2013年1月2日，他开始在NIH赵可吉实验室进行表观基因组研究。这个实验室属于NIH的院内研究项目资助，有稳定经费支持，靳文菲可以安心做自己感兴趣的研究。到NIH后，赵老师叮嘱他：“我们不能满足于对实验室已有工作做简单的扩展，要做探索性工作。”不久，靳文菲和丹尼尔·克劳夏（Daniel Kraushaar）博士合作鉴定到H3.3在全基因的3种更新模式并发表在《基因组生物学》上，这增强了靳文菲的信心。他由此开始了一项极具挑战性的工作——研究染色质可及性在细胞间的差异。 

最终，功夫不负有心人，靳文菲和同事在《自然》上报道了开发的单细胞DNase测序技术。这项技术能够很好地检测染色质可及性的细胞间差异及癌细胞特异性的染色质可及性，在学界产生了广泛影响。靳文菲先后获得美国国立心肺血液所奥洛夫（Orloff）创新奖、美国国立卫生研究院卓越科研奖（FARE）、美国国立卫生研究院中国学者联谊会卓越科学家奖等。 

从零起步，组建单细胞精准医学实验室 

当靳文菲在NIH积极探索时，我国深圳正在紧锣密鼓地筹建一所采用新体制的研究型大学。邓巍巍教授在2017年写的《终身教授海归记》中对南科大的办学理念、办学特点、学术氛围等进行了细腻的刻画。靳文菲被南科大的新体制、新模式、新愿景所吸引。2017年，入选国家高层次青年人才的他满怀憧憬地加入南科大，开启了与南科大共同成长的峥嵘岁月。 

虽然南科大有先进的办学理念，但当时作为一所新建大学，一没名气，二没平台，在招聘和招生上都面临着巨大的挑战，正所谓理想很丰满、现实很骨感。幸运的是，靳文菲加入南科大的想法首先得到了他的师弟秦鹏飞博士的认可和加盟。随后通过老师和朋友介绍，先后有侯文洪、王伟、韩志军、付睿卿加入，实验室达到5名成员的规模，迅速采购实验仪器设备并搭建了高性能计算平台。半年后，实验室已经进入正常运转状态。 

在新单位筹建实验室还面临着一系列难题。因学校没有博士学位授予点，主要依赖哈尔滨工业大学等大学进行联合培养，博士生名额非常少，且实验室也没有足够的经费长期稳定资助全职科研人员，因此接收其他高校的研究生来客座开展科研成为扩充人才队伍的重要途径。其间，先后有山西医科大学的王雪飞、郑州大学的王军亮、中国科学院上海生科院的姚超、美国东北大学的索菲娅·霍（Sophia Ho）等客座学生加入实验室。客座学生不仅承担了科研项目，也丰富了实验室的文化。 

不惧挑战，科研事业全面开花 

入职南科大后，靳文菲专注于开发基因组技术和计算方法解决生物医学难题。同时，靳文菲积极承担国家科研任务，先后承担了8项与基因组学相关的国家级科研任务，包括主持4项国家自然科学基金委项目。他作为课题负责人参与了“获得性性状的生殖传递机制”和“数字化细胞参照系研究、建设与示范应用”两项国家重点研发计划。靳文菲把实验室的科研工作融入承担的科研任务当中，在单细胞测序、组学大数据挖掘等方面取得了系统性成果，并把这些技术应用到肿瘤研究中。 

2018年，靳文菲和NIH赵可吉实验室合作在《自然·方法》上发表并行检测染色质可及性和染色质远程互作的Trac-looping。这一技术创新性地使用检测染色质可及性的转座酶在空间距离很近的DNA上插入二价寡核苷酸连接子来检测远距离互作，给三维基因组学界带来了一种全新的视角和理念。2020年，他和NIH赵可吉实验室合作在《基因组研究》上发表二倍体基因组三维结构建模和基因调控的成果。研究整合了杂合小鼠模型的多种组学解析同源染色体间互作模式、染色质动态、组蛋白修饰及其对基因表达的影响，丰富了对三维基因组参与基因调控的认识。 

2021年，靳文菲实验室在《基因组生物学》上发表了组学大数据素描法kssd。kssd将组学大数据降维几千至几十万倍之后仍能保持数据集间距离或者相似度不变，实现了组学大数据的快速聚类、质控、搜索等分析。2023年，团队在《生物信息学简报》上发表新型RNA-seq定量方法TQSLE。TQSLE是目前唯一的能给出准确转录本表达定量的非序列比对算法。 

2022年，靳文菲和陈曦实验室合作在《自然·方法》上发表了他们开发的单细胞多模态组学技术ISSAAC-seq。ISSAAC-seq在细胞原位通过两轮差异化的Tn5转座反应，分别标记来自ATAC和RNA的读段,混合扩增建库后测序，从而捕获同一细胞的染色质可及性和转录组。ISSAAC-seq被单细胞测序网等选入单细胞领域的10个“年度里程碑大事件”。同年，靳文菲和复旦大学倪挺实验室在《美国科学院院报》发表了单细胞多聚腺苷酸测序scPolyA-seq。利用这一技术发现polyA位点的使用伴随着细胞周期变化呈现出几种不同的模式；发现敲除MSL1或SCCPDH的polyA位点能影响细胞周期。这预示着polyA位点使用的转换在细胞周期调控中发挥重要作用。 

2024年1月，靳文菲和中山大学陈俊实验室在《自然·癌症》上报道了肿瘤相关髓系细胞上的Sirpα不依赖CD47调控肿瘤免疫逃逸。研究通过分析大规模单细胞测序数据发现细胞表面受体Sirpα在肿瘤相关髓系细胞中特异性高表达并与癌症患者预后呈负相关；发现Sirpα缺失诱导产生了强抗肿瘤的髓系细胞亚群，通过Syk/Btk激酶依赖的Ccl8分泌促进T细胞募集。Sirpα敲除与抗PD-L1的联合治疗更好地抑制了肿瘤发展，意味着Sirpα阻断有望成为肿瘤免疫治疗的新靶点。 

靳文菲的工作得到同行的高度认可，受邀在国际会议或专业研讨会上做口头报告50余次。入选了珠江人才和孔雀计划。在靳文菲看来，把科研成果产业化才真的完成了科研的大闭环。他现在与多家公司在沟通相关成果的产业化，希望能够早日造福各方。 

诲人不倦，培养和造就科研新人 

勤奋钻研、不轻易放弃，是靳文菲及其团队高产的秘诀所在。靳文菲说：“在单细胞多聚腺苷酸测序项目中，起初分析这个数据的学生感觉数据不够好退出了项目。这样项目被搁置了很久。在和多个学生沟通后，来自郑州大学的王军亮同学最终接手了这个项目的数据分析，他愿意尝试各种探索性分析。一天，他突然发现细胞周期相关基因的polyA使用模式聚成了几个明显的簇，每个簇富集了特定功能的基因，项目的主要发现就这么突然产生了。”在单细胞多模态组学技术ISSAAC-seq开发过程中，检测到的RNA一直很少，项目进入了漫长的瓶颈期。“合作者陈曦教授带领徐玮博士尝试一年多，直到降低ATAC-seq的反应温度才获得了高质量的数据。”靳文菲说，这些成果并不是灵光乍现得来的，而是长期坚持和尝试的结果。 

靳文菲及其团队在一次次的磨合、锻炼中成长。同时，他以身作则、积极沟通，带动大家的科研热情。随着经验的积累，靳文菲也摸索出了自己的人才培养方案。他说：“在把握大方向的同时，给学生留出自我发挥空间。安排几个博士生做内容相关但又相对独立的课题，既锻炼他们独立完成课题的能力也有利于他们相互讨论和相互帮助。对于刚进入实验室的学生来说，安排他们加入师兄师姐的课题使得他们能够快速地掌握相关技能。” 

靳文菲先后指导近30名本科生完成多项国家级竞赛、国家级和省级大创项目等。为锻炼本科生独立思考的能力，靳文菲每年都会在课程中要求学生设计一个程序，实现特定功能，并写成报告。“实验室毕业的本科生几乎都进入哈佛、北大、港大、哥大、复旦等国内外著名高校继续深造。2023年陈太阳同学被哈佛大学录取，成为南科大建校以来第一名被哈佛大学录取的学生。”靳文菲的付出受到了学生和学校的高度认可，获得了南科大首届“良师益友”优秀研究生导师、南科大致新书院优秀书院导师、致新书院最具活力导师组、南科大优秀研究生导师等荣誉。 

作为南科大的元老级人物，靳文菲推动并参与了学校早期平台和制度建设、参与申报了学校的第一个博士点、参与申报了学校的第一个国家级科研平台等。推动并见证了一个个从无到有的转变。他自豪地说：“在南科大工作的峥嵘岁月里，我推动并见证了南科大的迅速崛起。”伴随着南科大的一路跃升，靳文菲也以勤奋为笔，写就了自己的专属篇章。 

孜孜向前，开启奋进新篇章 

南科大已经由一张蓝图变成现实，并由现实发展成为一个成熟的大学。靳文菲也将开始新征程。2024年，靳文菲将入职中国科学院上海营养与健康研究所。谈到为什么加入中国科学院时，靳文菲说：“想到将在有着悠久科学传承的岳阳路320号专心地做自己喜欢的科研，感到非常开心和兴奋。”在新的岗位，他将继续保持创新的勇气和勤奋的干劲，在基因组学和肿瘤生物领域交出更加浓墨重彩的答卷。

专家简介

靳文菲，南方科技大学生科院副教授，研究员、博士生导师、国家高层次青年人才、珠江人才计划青年拔尖人才。长期从事基因组学、肿瘤免疫相关研究。主要研究方向：1.发展和利用单细胞测序技术研究肿瘤微进化和肿瘤微环境；2.生物信息。发表论文50余篇，其中以（含共同）第一/通讯作者身份在《自然》《自然·癌症》《自然·方法》《分子细胞》《美国科学院院报》《基因组研究》《基因组生物学》等杂志发表29篇论文，总引用>3000次（谷歌学术）。先后承担十余项国家和省部级项目（主持4项国家自然科学基金和2项国家重点研发课题负责）。担任《分子遗传学和基因组学》副总编辑和多个杂志的编委。

曾获南方科技大学“良师益友”优秀研究生导师、优秀书院导师、南科大优秀研究生导师和美国国立心肺血液所奥洛夫（Orloff）创新奖、美国国立卫生研究院杰出科研奖、施普林格优秀博士论文，中国科学院百篇优秀博士论文、礼来优秀博士论文等十几种荣誉。

       来源：科学中国人 2024年第5期创新之路