NSR综述丨解码多细胞复杂系统的分子工具：从机制到医学应用

多细胞系统中的细胞 - 细胞通讯是生命活动的核心机制，它 调控着 生长分化、免疫监视、组织稳态等关键过程，其紊乱是癌症、自身免疫病、神经退行性疾病等多种疾病的根源。因此，多细胞系统解析在基础科学研究和临床诊断治疗领域均具有重要意义。然而，该系统在空间分布、动态变化、分子机制上的复杂性，为精准解析带来了巨大挑战。

国家自然科学基金委第 380 期双清论坛以 “ 多细胞复杂系统的化学与生物及医学交叉前沿 ” 为主题，汇聚全国 50 余位顶尖专家学者，围绕 “ 多细胞系统中的前沿分子工具 ” 、 “ 多细胞系统中的共性科学问题 ” 、 “ 多细胞视角下的疾病解析与诊疗 ” 和 “ 多细胞视角下的靶点发现与干预 ” 等四个议题开展报告和讨论。论坛紧扣国家重大战略需求与化学生物学发展前沿，深入研讨多细胞复杂系统时空通讯与调控机制的图谱解析、重大疾病诊疗领域的现状与发展趋势， 凝练该 领域核心科学问题，为其发展指明方向。

基于双清论坛的研讨成果，陈鹏、黄艳、杨俊林组织多位专家共同撰写了题为Molecular Tools for Decoding Multicellular Systems: From Mechanisms to Medicine的综述文章，于 2025 年 11 月 6 日在线发表于National Science Review。文章重点阐述了解码多细胞系统中细胞-细胞通讯的新型分子工具，为解析其空间特征、分子机制及功能提供了全新视角；同时强调工具转化应用潜力，探讨了它们在免疫肿瘤学、再生医学及自身免疫病等领域的深远意义，并展望了以多细胞系统靶向干预为核心的精准医学新框架。

随着化学生物学等交叉学科的蓬勃发展，一系列新型分子工具不断涌现，为细胞间通讯研究提供了前所未有的精度。例如：高分辨成像技术实现了对细胞相互作用的精细可视化； 邻近标记与生物正交化学实现精准标记细胞互作界面关键信号分子，揭示细胞通讯的分子机制；合成生物学策略应用于设计 “ 可通讯、可反馈、可调控 ” 的细胞互作模块；单细胞与空间组学技术则为构建全景式细胞通讯网络提供了有力支撑。

这些技术正加速向医学创新转化：在肿瘤免疫治疗中用于解析肿瘤微环境、寻找潜在治疗靶点；在再生医学中帮助精确调控细胞间互作关系；在自身免疫疾病、神经退行性疾病等领域也展现出重要应用前景。临床实践已经证明，针对细胞 - 细胞通讯层面的精准干预可产生显著疗效；多细胞相互作用网络的系统解析，正在从 “ 前沿基础科学问题 ” 转变为支撑个体化精准医疗的刚性需求。这预示着以细胞通讯为核心的精准医疗时代正在到来：借助分子工具为每位患者绘制专属的细胞通讯图谱，识别其中的关键异常通路并将患者精准划分为不同敏感亚群，围绕这些通路设计个体化或组合治疗方案，使失衡的通讯网络逐步恢复到接近健康状态；同时，在治疗前后动态监测细胞间通讯网络的变化，更真实地评估疗效并及时优化诊疗策略。

图 1. 多细胞系统的精准医疗框架

目前多数分子工具距离临床应用仍有距离，主要存在三大瓶颈：一是海量多组学与筛选数 据在异质性整合、标准化验证、生物学意义精准解读等方面的突出难题；二是分子工具在稳定性、特异性、可制造性等方面仍有显著改进空间；三是在 体应用 与临床转化尚面临监管、安全性评估、样本获取和成本等多重现实障碍。跨学科协作是破解上述难题的关键：化学家、生物学家、工程师、数据科学家和临床医生需构建长期稳定协作机制，借助计算方法优化分子工具设计，依托患者样本验证工具的有效性与安全性，提升其与现有诊疗流程的兼容性，同时推动伦理监管框架与技术发展同步演进。

总而言之，随着分子工具的持续迭代发展，一幅更加清晰的生命医学图景正在浮现：生命本质上是“相互关联”的动态过程，表型与病理状态并非孤立细胞单独作用的结果，而是细胞网络持续“分子对话”的产物。解码多细胞系统，既回应了科学界对细胞协作的根本好奇，也为临床提供了基于“细胞通讯网络”的新型诊疗工具，助力人类更深入理解并精准干预多细胞生命的复杂性。

https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwaf473/8316129

制版人： 十一

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