正文
2 smRandom-seq
工作流程
微生物单细胞技术对于菌群研究如虎添翼，但挑战远未结束。例如，
smRandom-seq
的随机引物可能遗漏部分高
GC
含量区域的转录本，未来需结合靶向扩增策略提高覆盖度。此外，宿主
-
微生物互作研究中，单菌转录组若能与宿主细胞同步分析（如后续的
scRandom-seq
），可揭示“代谢劫持”的实时动态。更深远来看，该技术或推动合成生物学的发展——通过解析单菌代谢通路的异质性，设计更稳定的微生物工厂，甚至开发“智能菌群”以动态调节肠道代谢平衡。
3
、
2023
年
11
月：
scSTAP
——单细胞转录组与蛋白质组的同源耦合
王永成团队与方群教授合作开发的
scSTAP
（单细胞同步转录组与蛋白质组分析）技术，
通过微流控芯片将单个小鼠卵母细胞的转录组（
19,948
基因）与蛋白质组（
2,663
蛋白）深度关联。技术难点在于：
①
核酸与蛋白不可扩增的矛盾（采用高灵敏度质谱与低体积反应体系）；
②
避免交叉污染（设计独立微腔室分隔裂解与标记步骤）。
团队开发了“双条形码”系统：
mRNA
通过随机引物标记，蛋白质则采用同位素标签（
TMT
）结合抗体富集，最终实现同源数据的精准匹配。
研究首次揭示卵母细胞减数分裂中
RNA
与蛋白的非线性关系：
30%
的基因（如
Bub1
、
Ccnb1
）呈现翻译滞后现象，即
mRNA
峰值早于蛋白表达
6-8
小时。这一发现挑战了“中心法则”的线性传递模型，提示翻译后调控（如磷酸化）在细胞周期中的核心作用。
图
3 scSTAP
工作流程
scSTAP
的“同源分析”模式为多组学整合奠定基础，但仍有局限——蛋白质组覆盖度仅
10%
，未来需发展单细胞级别的抗体偶联磁珠富集技术。若进一步整合染色质可及性数据（如
ATAC-seq
），或可构建“染色质开放→转录爆发→蛋白功能”的动态模型。在应用层面，该技术为生殖医学提供新工具：通过分析卵母细胞的多组学异常，预测胚胎发育潜能，甚至筛选线粒体疾病的风险标志物。
4
、
2023
年
11
月：
snHH-seq
——泛癌单核全长
RNA
测序的里程碑
王永成与郭国骥团队联合开发的
snHH-seq
，在
snRandom-seq
基础上引入预索引策略，从
32
例患者的
73
万单核中捕获全长
RNA
。其核心改进包括：
①
随机引物与模板转换（
Template Switching
）结合，提升
UTR
区域覆盖度；
②
建立突变检测算法（基于
UMI
纠错和低频突变过滤），灵敏度达
0.1%
等位基因频率。
在肝癌样本中，单核水平检测到
EGFR
基因第
19
号外显子缺失突变，与临床靶向治疗响应率高度吻合。
研究首次在单细胞层面证实剪接异质性与恶性表型的关联：上皮细胞中特异性剪接变异体（如
CD44v6
）的丰度与肿瘤转移风险呈正相关。此外，通过克隆动态分析，发现早期亚克隆携带的
PIK3CA
突变在复发样本中扩张为优势克隆，提示靶向干预的时间窗口。
图
4 snHH-seq
工作流程
全长
RNA
测序的数据分析面临两大挑战：
①
可变剪接算法的假阳性率（需结合长读长测序验证）；
②
突变与剪接的协同效应解析（需开发多组学网络模型）。
未来若将
snHH-seq
与空间转录组结合，可绘制“突变
-
异构体
-
空间定位”的三维图谱，揭示肿瘤边缘区侵袭相关的分子特征。产业转化方面，该技术有望成为伴随诊断的新标准——通过穿刺样本的单核分析，实时监控靶向药物的克隆清除效率。
5
、
2024
年
2
月：
scRandom-seq
——宿主
-
微生物互作中的铁死亡异质性解密
王永成团队开发的
scRandom-seq
技术首次实现了宿主与病原体双转录组的高通量单细胞分析。通过随机引物同时捕获宿主（如
THP-1
巨噬细胞）和病原体（如鲍曼不动杆菌）的
RNA
，结合微流控分选与跨物种比对算法，解决了真核生物与原核生物
RNA
混合分析的难题。
技术核心包括：
①
裂解缓冲液优化（含溶菌酶和去污剂），确保宿主与细菌
RNA
同步释放；
②
双物种条形码系统，通过宿主特有
poly(A)
信号和细菌
16S rRNA
序列实现精准分类；
③
铁死亡相关基因（如
GPX4
、
ACSL4
）的特异性探针富集策略。
在鲍曼不动杆菌感染模型中，
scRandom-seq
从单细胞水平解析了宿主巨噬细胞的铁死亡异质性，同时追踪了病原体的应激响应基因表达。
研究发现，约
15%
的感染巨噬细胞高表达铁死亡标志物（如脂质过氧化产物
MDA
），且这些细胞中鲍曼不动杆菌的存活率显著降低。通过抑制剂
Ferrostatin-1
干预铁死亡通路后，宿主细胞存活率提升
40%
，同时病原体载量下降
2.3
倍。这一发现揭示了铁死亡在抗感染免疫中的双刃剑作用：适度铁死亡可清除胞内病原体，但过度激活会削弱宿主防御屏障。
图
5 scRandom-seq
工作流程
scRandom-seq
则为宿主
-
病原体互作提供了实时监测工具。传统群体水平分析往往掩盖了关键亚群的动态响应，例如研究中发现的“铁死亡敏感型”巨噬细胞可能成为免疫治疗的新靶点。未来若整合代谢流分析（如
13C
标记），可进一步揭示病原体如何劫持宿主代谢资源（如铁离子、谷胱甘肽）以逃逸免疫清除。此外，该技术为肿瘤
-
微生物互作研究开辟新路径——例如肠道菌群可能通过调控肿瘤微环境中的铁死亡通路影响化疗敏感性。
6
、
2024
年
3
月：
Microwell-seq3
——染色质可及性与转录组的“时空对话”
王永成教授与郭国骥教授团队联合开发的
Microwell-seq3
，通过“芯片管一体化”设计，兼容单核
ATAC-seq
（染色质可及性）和全长转录组测序。其创新点包括：①穿透式微孔芯片，允许多轮试剂加载而不破坏核膜完整性；②预索引策略（
12
×
8
组合条形码），将实验成本降低至传统
10x Genomics
平台的
1/3
；③随机引物与
Tn5
转座酶协同优化，使
TSS
