赵方庆，研究员，博士生导师。国家自然科学基金优秀青年科学基金（2017）、北京市杰出青年科学基金（2018）、国家杰出青年科学基金（2020），并于2022年成为中国科学院特聘研究员。主要致力于建立高效的算法模型和实验技术，探索人体微生物与非编码RNA的结构组成与变化规律，以期解析它们与人类健康和疾病的关系。
近年来，空间组学技术已经成为了解析组织多样性和复杂细胞间相互作用的关键手段。特别地，空间转录组学在胚胎发育、神经科学以及疾病机制的研究中显示出了其巨大的潜力。然而，由于蛋白质作为执行生物功能的核心分子，其空间分布的研究在技术上遇到了许多挑战。当前的空间蛋白质组学技术受限于质谱检测的吞吐量和高成本，难以同时实现高分辨率和大面积组织分析的要求，这限制了它们在复杂组织研究中的广泛应用。
2025年1月23日，中国科学院动物研究所的赵方庆团队在《Cell》发表了题为“High-resolution spatially resolved proteomics of complex tissues based on microfluidics and transfer learning”的研究论文。该研究介绍了一种全新的空间蛋白质组学技术框架——PLATO，它通过整合深度学习算法与微流控技术，在整个组织切片水平上实现了高分辨率的空间蛋白质组检测（达到25微米分辨率，涵盖数千个蛋白质），从而突破了高通量原位组学技术的瓶颈。
以往的空间蛋白质组方法主要依赖抗体染色或质谱技术，前者只能检测几十到几百种蛋白分子，后者虽然能检测更多的种类，但其逐点取样的方式极大地增加了实验的成本和规模。例如，对1平方厘米的组织切片进行100微米分辨率的网格分析需要检测上万个LC-MS/MS样本，远超现有质谱检测的能力范围。
PLATO采用了基于“降维编码”与“升维解码”的空间重构算法，并结合了微流控技术的高效采样平台，不仅提高了实验效率，还降低了对昂贵设备的依赖，使得这一技术更加经济实用。此外，PLATO通过计算模拟、显微切割和免疫荧光验证了其准确性，展示了在多种组织类型中的广泛适用性及其在不同应用场景中的巨大潜力，为深入理解蛋白质动态分布和复杂生物过程提供了强有力的支持。随着技术的不断进步，PLATO有望成为生命科学研究的核心工具，并在疾病诊断、精准医学和农业生物技术等领域发挥重要作用。
中国科学院动物研究所博士后胡倍瑜、博士后何睿乔、博士研究生庞琨及国家蛋白质中心王贵宾为该研究的共同第一作者，中国科学院动物研究所赵方庆研究员和冀培丰副研究员为该研究的通讯作者。该研究得到了国家杰出青年科学基金、国家重点研发计划和北京市自然科学基金等项目资助。
紧接着，2025年2月5日，中国科学院动物研究所赵方庆团队又在Cell Genomics发表题为Single-cell delineation of the microbiota-gut-brain axis: probiotic intervention in Chd8haploinsufficient mice的研究论文。该研究首次在单细胞分辨率下系统展示了高风险基因Chd8缺陷对大脑和肠道在多个发育阶段的影响，并表明通过益生菌干预可以逆转模型小鼠的社交障碍。这项成果不仅为理解ASD的发生机制及肠脑相互作用提供了新的视角，也为通过靶向肠道微生物改善神经行为障碍的临床治疗提供了新思路。
自闭症谱系障碍（ASD）作为一种以社交障碍和重复行为为特征的神经发育疾病，其背后的机制一直是神经科学研究中的重大挑战。值得注意的是，许多ASD患者同时伴有胃肠道问题，这促使科学家深入探索“肠-脑轴”的调控机制——即肠道微生物如何通过生物分子信号影响大脑功能。尽管近期研究表明肠道菌群失调与神经行为异常之间存在关联，但二者间具体的细胞和分子交流机制，尤其是在发育过程中不同细胞类型的动态响应规律，仍然是需要解决的重要科学谜题。
通过单细胞转录组测序技术，研究团队构建了一个超过46万个细胞的精细图谱，覆盖了从胚胎期到成年期的大脑和肠道组织，发现了Chd8单倍体不足导致的一系列变化，包括大脑中特定细胞类型的功能紊乱以及肠道屏障功能的异常。特别有趣的是，大脑和肠道共有的某些差异基因（如Klf4和Ezr）在发育过程中表现出逆向调控模式，突显了肠脑互动的复杂性。
此外，研究还发现通过特定益生菌的干预，能够显著改善由于Chd8缺陷引起的小鼠社交障碍，恢复与突触可塑性相关的通路。这些发现提示，肠道局部微环境的变化可能通过肠脑轴远程调控神经功能，并为无创、安全的微生物疗法奠定了理论基础。
总的来说，这项研究首次在单细胞水平揭示了Chd8基因缺失对大脑和肠道细胞发育的具体影响，强调了非神经元细胞在ASD发病机制中的关键角色，并提出了益生菌作为潜在治疗手段的可能性。这一突破不仅加深了我们对ASD的理解，也对神经精神类疾病的未来治疗方法提供了新的启示。
中国科学院动物研究所副研究员冀培丰、博士生王宁、博士后于游为该研究的共同第一作者，中国科学院动物研究所赵方庆研究员为该研究的通讯作者。
