EMBO J | 周斌提出SIRA遗传学策略，为单细胞时代功能机制研究提供新范式

单细胞RNA测序技术已以前所未有的分辨率绘制出人体器官的细胞多样性图谱，然而一个核心难题始终悬而未决：这些新发现的细胞亚群在体内究竟扮演怎样的功能角色？目前大量研究止步于描述性的细胞图谱绘制，缺乏针对性的体内功能验证，这使得图谱的生物学意义难以真正落地。

近日，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心周斌研究员在EMBO J期刊在线发表题为From cell atlases to mechanisms: bridging scRNA-seq discovery with in vivo genetics的论文，提出了一种名为序贯交叉重组酶策略（Sequential Intersectional Recombinase Approach,SIRA）的遗传学方案，为从单细胞发现走向功能机制验证架起了一座切实可行的技术桥梁。

从描述到因果：单细胞时代的核心瓶颈亟待突破

自2009年单细胞RNA测序技术问世以来，该方法已深刻改变了科学家对细胞异质性的认知。从发育生物学到肿瘤学、免疫学、神经科学和再生医学，单细胞测序几乎渗透到生命科学的每一个角落。然而一个不容忽视的趋势是：大量研究以细胞亚群分类、差异表达基因列表和通路富集分析作为终点，而对细胞亚群的体内生物学功能鲜有实质性探索。正如领域内学者所警示的，科学界正积累着海量的基因列表和关联性推测，但严谨的功能验证仍严重稀缺。解析细胞在体内执行功能的机制是现代生物学的核心命题之一。基因表达谱可以提示细胞“可能”具备哪些潜能，却无法回答它们“实际”在做什么——细胞究竟是增殖、迁移、分化、衰老，还是在推动疾病进展？这种脱节的根源在于，转录本的丰度并不等同于生物学功能的输出。

传统遗传学工具遇瓶颈，交叉策略应需而生

Cre-loxP系统长期以来是体内功能遗传学研究的金标准技术，可实现细胞类型特异性的基因敲除、激活、谱系示踪等操作。然而，当科学家试图在某一主要细胞类型内部进一步区分特定亚群时，一个关键局限性便浮现出来：在特定组织或谱系内看似特异的标记基因，在全身多器官背景下往往同样表达于其他谱系。单独使用该基因驱动的Cre品系，不可避免地产生活性范围远超预期的脱靶重组，严重干扰对目标亚群功能的精准解析。真正仅在一类亚群中表达而不涉及其它任何细胞的“专一标记”基因极为罕见。

面对这一困境，周斌研究员提出了SIRA策略。以Dre-Cre双重组酶系统为例，其核心设计逻辑是：利用一个细胞类型特异性的Dre驱动品系将重组事件限制在亲本谱系内；同时，在由亚群富集基因驱动的CreER元件上游放置rox-Stop-rox转录终止盒，使CreER表达保持沉默。只有当Dre介导切除该终止元件后，CreER才能在目标细胞中被激活。由此，Cre的活性被严格限定在同时满足两个遗传标记的细胞中，从而实现对特定亚群的精准谱系示踪、靶向清除、命运操控以及floxed基因敲除。SIRA的关键优势在于其与现有Cre-loxP基础设施的完全兼容——目前已有大量floxed等位基因可从Jackson Laboratory、集萃药康、赛业和南方模式生物等资源库和商业供应商获取，每个新构建的RSR-CreER品系都能迅速对接现有的功能研究资源。

多领域应用实例验证策略有效性

研究团队通过多个实例系统验证了SIRA在亚群特异性基因操控中的可行性与稳健性（图）。在神经科学领域，团队利用Tie2-Dre与Mfsd2a-Cre-R-ER-R组合，将Cre活性精准限定在脑内皮细胞，成功揭示了VEGFR2和GSDMD在维持血脑屏障完整性中的关键作用。在淋巴管研究中，通过Cdh5-Dre与Prox1-RSR-CreER的组合实现淋巴内皮细胞的特异性靶向，证明了Mettl3在胚胎淋巴管发育中的重要作用。在心脏纤维化研究中，团队利用Nfatc1-Dre与Col1a2-RSR-CreER组合精准靶向心内膜来源的成纤维细胞，证实Wnt信号驱动了心脏纤维化过程中该亚群的病理性扩增。在血管平滑肌细胞研究中，通过Isl1-Dre或Wnt1-Dre分别与Myh11-RSR-CreER的组合，实现了升主动脉和主动脉弓平滑肌细胞的分区特异性基因敲除，揭示了不同胚胎起源的平滑肌细胞在动脉瘤形成中的差异机制。

共建资源库，从基础机制走向精准医学

构建覆盖各类细胞亚群的RSR-CreER等位基因资源是一项宏大工程，远超单个实验室甚至单一国家的能力范畴。周斌研究员倡导一项科学共同体驱动的合作策略：一方面，构建并公开共享主要细胞类型特异性的Dre驱动品系公共资源库——约200种主要细胞类型的目标在已有Dre开发经验的实验室中属于数年可及的务实目标；另一方面，对每个新发现的亚群，从scRNA-seq差异表达基因中优先为排名前2至3位的候选基因生成RSR-CreER等位基因。这一路径使得众多实验室都能从基因列表推进到体内的功能获得与功能丧失实验。这既需要计算生物学家与遗传学家的深度协作，也有赖于科研资助机构适度调整导向——在支持大型图谱绘制项目的同时，加大对遗传工具品系构建的投入。

SIRA的潜在影响远不止于基础科学发现。从纤维化、动脉粥样硬化到癌症、神经退行性疾病和慢性炎症，诸多重大疾病均涉及特定细胞亚群的病理激活，而这些亚群往往难以用传统谱系标记精准识别。能够从遗传学层面实现对上述亚群的定向操控、清除或重编程，将为精准治疗开辟全新维度。可以设想一条转化路径：从患者单细胞转录组数据中识别驱动疾病进展的关键细胞亚群，快速构建匹配的SIRA小鼠模型，在体内对靶向该细胞状态的候选干预策略进行功能检验。SIRA为从描述性图谱绘制迈向因果性机制解析提供了清晰的技术路线。图谱与机制之间的“死亡谷”并非不可逾越——凭借SIRA及其后续科学共同体协作下的工具资源积累，学界有望在这道鸿沟之上，架设一座通往精准医学的坚实桥梁。

原文链接：https://link.springer.com/article/10.1038/s44318-026-00846-5

制版人： 十一

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