细胞为何不同？答案并不只在于哪些基因被表达，还取决于基因组在细胞核中的三维折叠方式、染色质是否开放、组蛋白修饰如何分布，以及这些调控层如何共同作用于转录输出。

近期，北京大学邢栋教授团队于 《Nature》发表研究，首都医科大学宣武医院神经外科科研岗陈玉洁博士作为共同第一作者（排名第一），开发了单细胞四组学技术（CHARM），可在同一个单细胞中同时测量三维基因组结构、染色质开放性、组蛋白修饰和基因表达，首次在单细胞尺度上实现对三维表观基因组的系统整合解析。

在单细胞中同时读取四层调控信息

CHARM揭示三维表观基因组如何塑造基因表达

CHARM工作流示意图

与以往只能联合测量两种组学信息的方法不同，CHARM把“空间结构—局部表观状态—转录输出”放到同一个细胞中统一观察，为理解非编码调控机制提供了全新工具。

利用这一技术，研究团队发现，不同表观层在细胞周期中的恢复规律并不相同：染色质开放性恢复较快，而组蛋白修饰的重建则更依赖细胞分裂后的特定阶段。更重要的是，这种恢复不仅与基因组线性位置相关，还与其在细胞核中的三维空间邻近关系密切相关，提示三维基因组可能参与表观遗传记忆的维持。

单细胞中可及染色质、组蛋白修饰及基因表达的空间分析

研究还表明，基因表达并非由单一因素决定，而是由三维结构、染色质开放性和组蛋白修饰等多层信息共同塑造。尤其值得关注的是，增强子的作用可能不仅是决定基因“开或关”，更可能通过多个元件的组合与协调，对基因表达量进行精细调控。

CHARM 的建立，为复杂组织中细胞身份形成、状态维持以及疾病相关非编码变异的功能解释提供了新的技术基础，也推动我们从“元件注释”进一步走向“调控编码解析”。

一作经历分享

从化学到医学：

我想用交叉的方法解决真实问题

我本科就读于厦门大学化学专业。那时我一直在想，能不能用化学的方法去解决生物学问题。大三夏令营时，我来到北京大学生物医学前沿创新中心（BIOPIC），也因此有机会加入邢栋老师课题组。刚进实验室时，我的生物基础并不扎实，很多内容学起来很吃力，但邢老师一直鼓励我们，也亲自带我们做实验，让我逐渐找到了自己真正擅长的方向——技术开发。

博士期间，我主要围绕单细胞多组学技术开展研究。2023年，我的第一篇 《Science》论文发表，我作为主要技术开发者之一参与建立了 HiRES，实现了在同一单细胞中同步测量三维基因组结构和转录状态。此后，我进一步尝试把组蛋白修饰和染色质开放性也纳入同一个体系，继续开发了 CHARM。2026年，这项工作发表在 Nature。这两项工作也让我逐渐明确，自己最感兴趣的，是通过技术创新去更完整地理解复杂生命过程。

但临近毕业时，我也开始思考，技术是否还能真正用于解决更现实的问题。单细胞方法最重要的意义，是解析异质性，而神经外科面对的大脑和脑肿瘤，恰恰是我见过最复杂、异质性最高的体系之一。很幸运，在毕业之际，洪韬院长给了我来到宣武医院神经外科学习的机会。现在能在鸿祺主任带领的科室工作，我非常珍惜。

回头看，我本科是化学，博士做生物，现在进入医学，曾经总觉得自己像个“三不像”。但现在我越来越觉得，跨界并不是短板，而是另一种看问题的角度。我希望未来能把化学和生物训练带来的底层逻辑，真正用到神经外科的临床问题中，为脑肿瘤等复杂疾病寻找新的技术解法。

陈玉洁

■ 首都医科大学宣武医院

北京大学 生物物理学博士

深耕单细胞多组学技术开发与基因转录调控研究，在《Science》、《Nature》等顶刊发表多篇高水平论文，熟练掌握高通量测序及新型多组学检测技术，曾参与多项国家自然科学基金项目，致力于通过技术创新解析生命科学的复杂机制。2025年入职首都医科大学宣武医院神经外科。