探尋基因奧秘，鐘情轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)

課題組長俞作仁教授

同濟大學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)高等研究院/同濟大學(xué)附屬東方醫(yī)院轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究中心俞作仁教授，早年師從細胞生物學(xué)專家、中國科學(xué)院薛社普院士，于2003年獲得中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院/中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué)博士學(xué)位，之后赴美賓夕法尼亞大學(xué)醫(yī)學(xué)院做博士后研究，自此開始步入非編碼RNA（ncRNA）研究領(lǐng)域。2009年至2011年受聘于美國托馬斯杰弗遜大學(xué)為正式教職員工，并任職科研助理教授，2011年全職回國，加盟同濟大學(xué)東方轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究中心和腫瘤干細胞研究所，擔(dān)任課題組長和研究中心副主任，參與創(chuàng)建了上海東方轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)公共技術(shù)服務(wù)平臺。

作為一名研究基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的科研工作者，俞作仁教授肩上所賦予的重荷也許是常人難以想象的，在他所從事的腫瘤生物學(xué)研究中，醫(yī)學(xué)的龐復(fù)繁雜、科研的精密枯燥都匯集其中。他自2011年進入東方醫(yī)院開始組建自己的研究團隊以來，主持和參與了科技部“973”重點研究項目、國家自然科學(xué)基金項目、上海市科委重點項目等的研究，先后發(fā)表了30多篇SCI學(xué)術(shù)論文，參編了兩本英文專著。他與美國研究所合作發(fā)現(xiàn)了細胞周期蛋白調(diào)控乳腺腫瘤發(fā)生的一種新機制，這項研究為腫瘤發(fā)生領(lǐng)域帶來了廣泛的啟示，其研究成果已于2013年發(fā)表在《Nature Communications》上，美國《每日科學(xué)》以首發(fā)新聞的方式進行了報道；我國生物通、轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)網(wǎng)等以《同濟研究員解析乳腺癌》為標題進行了專題報道；同時他還研究發(fā)現(xiàn)了一條癌細胞之間信號傳遞的新機制[首次將微小RNA（miRNA）的功能從癌細胞內(nèi)擴展到癌細胞外異源信號通路調(diào)控]，該成果已發(fā)表在美國科學(xué)院學(xué)報。論文發(fā)表當月，歐洲《Oncology News》雜志主編Denys Wheatley便在刊首對其研究做了重要評價……

近日，本刊記者就上述話題，深入采訪了俞作仁教授。

發(fā)現(xiàn)細胞周期蛋白間

負反饋調(diào)控環(huán)路

俞作仁教授介紹說：“我在美國以及回國之后，主要是從事腫瘤生物學(xué)研究。利用國際前沿的非編碼基因以及腫瘤干細胞，尋找能夠有效預(yù)防或者抑制腫瘤細胞增殖和轉(zhuǎn)移的方法。在東方醫(yī)院，以惡性乳腺腫瘤和腫瘤干細胞作為主要研究對象，結(jié)合臨床樣本分析，重點開展如何增加腫瘤細胞對藥物的敏感性，如何預(yù)防和治療腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移的研究，同時探索miRNA與抗腫瘤化學(xué)藥物的聯(lián)合使用方案。通過miRNA干預(yù)增加腫瘤干細胞對藥物的敏感性，尋求一種從患者體內(nèi)徹底清除或抑制腫瘤細胞，有效防治腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移的miRNA干預(yù)方案。此外，由于東方醫(yī)院在診治心臟病方面的強大臨床實力，我加盟了心衰研究所，逐步開展了心肌干細胞和心肌重構(gòu)的應(yīng)用研究，主持了上海市科委兩項重點項目的研究?！?/p>

ncRNA包括微小miRNA和長鏈非編碼RNA（lncRNA），是近年來生命科學(xué)領(lǐng)域研究熱點之一。miRNA 調(diào)控基因表達參與胚胎發(fā)育和多種生理及病理過程已經(jīng)被廣泛證實。對lncRNA的認識雖然還處于初步階段，但已有研究表明，lncRNA參與染色質(zhì)修飾、基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控及疾病調(diào)控等。細胞周期蛋白D1（CCND1），作為細胞周期G0/G1-S轉(zhuǎn)變的重要調(diào)控因子，在超過50%的乳腺癌組織異常高表達。CCND1可導(dǎo)致乳腺癌細胞分裂周期失控，擴增異常。CCND1轉(zhuǎn)基因能夠誘導(dǎo)小鼠乳腺腫瘤的發(fā)生。很多研究報道證實了miRNA對細胞周期以及乳腺癌的特異調(diào)控作用。細胞周期調(diào)控與miRNA調(diào)控如何相互作用，協(xié)同抑制或約束，誘導(dǎo)了乳腺癌發(fā)生和發(fā)展？帶著這個問題，俞作仁教授分析了乳腺癌異常表達的miRNA，并就miRNA和CCND1的靶向調(diào)控做了深入研究，最早證明了miR-17/20通過靶向抑制細胞周期蛋白D1，抑制乳腺癌細胞增殖，同時發(fā)現(xiàn)CCND1對miR-17/20轉(zhuǎn)錄的誘導(dǎo)功能，提出乳腺癌調(diào)控中CCND1-miR-17/20負反饋環(huán)路，二者既協(xié)同作用又互相制約，精確調(diào)控細胞周期和增殖的分子機制。一旦這種調(diào)控失衡，則導(dǎo)致腫瘤發(fā)生和發(fā)展。該研究成果發(fā)表在美國細胞生物學(xué)雜志（Journal of Cell Biology，2008）。論文發(fā)表6年來，Google Scholar引用率超過200多次。

俞作仁教授分析說，生物學(xué)和病理學(xué)調(diào)控是多基因、多通路參與的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，我們研究發(fā)現(xiàn)，CCND1體內(nèi)基因敲除或者體外特異敲低，伴隨著miRNA表達的整體下調(diào)。一個基因如何抑制一類非編碼分子的表達？與乳腺癌發(fā)生有何因果關(guān)系？針對這個問題，我們系統(tǒng)研究了CCND1在miRNA生物生成、運輸、降解等各個環(huán)節(jié)的作用，發(fā)現(xiàn)CCND1在體內(nèi)、體外均能誘導(dǎo)DICER 基因的表達，促進miRNA整體的生物合成，同時調(diào)控組蛋白（H3K9）甲基化。在DICER基因的啟動子區(qū)發(fā)現(xiàn)細胞周期蛋白D1的特異結(jié)合序列，該序列對DICER轉(zhuǎn)錄調(diào)控起關(guān)鍵作用。我們通過近2200例乳腺癌臨床標本信息分析，發(fā)現(xiàn)細胞周期蛋白D1與DICER協(xié)同作用，在管腔A型及基底型乳腺癌發(fā)揮重要功能。

原創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)癌轉(zhuǎn)移

異源信號傳遞通路

癌細胞和微環(huán)境之間的關(guān)系，類似于種子和土壤之間的關(guān)系。微環(huán)境不僅為癌細胞提供了生存環(huán)境，更為重要的是介導(dǎo)了癌細胞之間的信號傳遞。癌細胞和間質(zhì)細胞分泌到細胞外的各類生長因子、趨化因子對癌細胞特征具有重要調(diào)控作用。俞作仁教授研究發(fā)現(xiàn)，miR-17/20過表達不影響乳腺癌細胞的遷移和侵襲，但細胞上清液能夠明顯抑制三陰性乳腺癌細胞的遷移和轉(zhuǎn)移。通過進一步研究，他們發(fā)現(xiàn)miR-17/20可選擇性抑制乳腺癌細胞的分泌功能，降低癌細胞微環(huán)境IL8、CXCR1、Cytokeratin 8和alpha-Enolase的含量。Cytokeratin 8和alpha-Enolase是癌細胞表面plasminigen受體的激活劑，與癌細胞遷移和侵襲功能密切相關(guān)。該研究首次將miRNA功能從細胞內(nèi)擴展到細胞外，不僅證明了miRNA調(diào)控癌癥轉(zhuǎn)移的新機制，也提出了調(diào)控癌細胞之間信號傳遞的新途徑。該調(diào)控途徑一年后得到美國普林斯頓大學(xué)的研究證實；該研究成果發(fā)表在美國科學(xué)院學(xué)報PNAS。論文發(fā)表4年，Google Scholar的引用率已超過200次，包括Nature Medicine， Cancer Research， Oncogene等期刊的論文引用。

俞作仁教授針對miR-17/20調(diào)控乳腺癌開展的一系列研究，不僅發(fā)現(xiàn)miRNA-微環(huán)境-癌轉(zhuǎn)移的異源信號傳遞通路，證明癌基因（CCND1、MYC、E2F等）與miRNA17/20之間的負反饋調(diào)控環(huán)路，還發(fā)現(xiàn)miR-17/20作為乳腺癌化療藥物“增敏劑”，參與促進p53誘導(dǎo)細胞凋亡調(diào)控，增加乳腺癌細胞對藥物的敏感性，具有臨床應(yīng)用潛力。

此外，俞作仁教授還實驗證實了三陰性乳腺癌治療的潛在靶點：非編碼RNA miR-221/222。俞作仁教授對此介紹說，占乳腺癌大約15%的三陰性乳腺癌，因為缺乏雌激素受體（ER）、孕激素受體（PR）和人表皮生長因子受體（HER2），缺乏內(nèi)分泌及抗HER2治療的靶點，臨床尚無有效治療方案。他帶領(lǐng)的研究小組篩查了miRNA在各類乳腺癌細胞株的表達譜，分析了上百例乳腺癌患者的miRNA表達特征，發(fā)現(xiàn)miR-221/222在三陰性乳腺癌細胞株和癌組織特異高表達，有的甚至高達上百倍。俞作仁教授近期研究表明，miR-221/222對乳腺腫瘤干細胞具有特異調(diào)控作用，特異敲低miR-221/222能夠促進抑制乳腺腫瘤干細胞再生腫瘤的能力，而且能夠提高三陰性乳腺癌細胞對抗癌藥的敏感性。

記者了解到，如何利用非編碼RNA對乳腺癌細胞的調(diào)控功能，提高癌細胞對藥物的敏感性，是俞作仁教授近期主要研究內(nèi)容之一。他們研究發(fā)現(xiàn)，miR-17/20可促進p53表達，參與p53誘導(dǎo)的細胞凋亡過程的調(diào)控，并能夠提高乳腺癌細胞對阿霉素的敏感性，降低藥物半數(shù)致死量。俞作仁教授表示，該研究結(jié)果提示非編碼RNA可作為癌細胞對藥物的“增敏劑”。miR-17/20聯(lián)合阿霉素給藥治療乳腺癌，作為新型抗癌方案（基因治療+化學(xué)治療）的一個例子，體外已經(jīng)證實其有效性，體內(nèi)效果他們正在研究中?！霸擁椖渴俏覀冊谵D(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)方向邁出的一小步，相信其研究結(jié)果將為抑癌研究思路和抗癌治療方案提供一些有用的信息?！庇嶙魅式淌谡f。

俞作仁教授還在早期通過克隆測序手段，在生殖干細胞中發(fā)現(xiàn)10個新的miRNA分子，并獲得了官方認可和命名。miRNA信息和資源的官方網(wǎng)站miRBase中的miR-449a，miR-463，miR-464，miR-465，miR-466，miR-467，miR-468，miR-469，miR-470，miR-471序列是俞作仁教授首次發(fā)現(xiàn)并提交miRBase、經(jīng)專家審核認定并由官方命名的；其研究成果發(fā)表在生殖生物學(xué)雜志上（Biology of Reproduction），屬于生殖生物學(xué)領(lǐng)域首篇miRNA系統(tǒng)研究論文。該雜志兩位主編當期對論文給予特別點評，稱其為“具有震撼力的突破性成果（Ground-breaking work）”。

投身東方轉(zhuǎn)化，偶然中的必然

2011年，俞作仁教授與東方醫(yī)院簽訂引進合同，當年年底到東方醫(yī)院工作，開始組建自己的研究團隊。他說自己到東方醫(yī)院“有一定的偶然性，也有一定的必然性，對自己個人來說也是一次人生重大選擇。偶然性是指回國前我在美國從事科研工作8年，工作穩(wěn)定（回國前是大學(xué)科研助理教授），有了綠卡，買了房子，孩子上了中學(xué)，可以說已在美國安居樂業(yè)，沒有想過有一天會回國發(fā)展。說必然，是因為在研究方向上，我始終有一個理念：從事應(yīng)用型研究，學(xué)習(xí)有所用，研究有所實，成果有所被享。正是東方給予了我這個平臺，使我可以馳騁于東方、可以遨游于轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的研究。”

俞作仁教授總是說臨床與科研其實沒有本質(zhì)的區(qū)別，前者著眼于當下為患者解除病痛，后者著眼于未來為患者解除病痛，兩者需要互相支撐，協(xié)同發(fā)展。他認為：“只要我的研究不是一張紙、一篇論文，而是有益于減輕患者疾苦，惠利于患者病痛的，我都愿意去為之努力。同濟東方轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究中心的模式和理念，在美國幾乎不可能實現(xiàn)。”

俞作仁教授從上中學(xué)起就對生物學(xué)有著濃厚的興趣，考大學(xué)時報考的都是生物學(xué)專業(yè)。此后在醫(yī)院的工作經(jīng)歷，以及在協(xié)和醫(yī)科大學(xué)的博士學(xué)習(xí)，更加讓他堅定了醫(yī)學(xué)生物研究的信念。博士畢業(yè)之后，他就隨著協(xié)和畢業(yè)生大軍，遠赴美國常青藤大學(xué)賓夕法尼亞大學(xué)醫(yī)學(xué)院，進行博士后深造。

在2011年春節(jié)前后，俞作仁教授和一個已經(jīng)回國發(fā)展的朋友電話聊天，他提起了國內(nèi)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的發(fā)展勢頭，尤其提到該校裴鋼校長到任同濟之后對轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究中心的新理念：在醫(yī)院建立研究所，臨床和科研專家聯(lián)手，開展轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究。這一下子挑動了俞作仁教授潛意識里的一根神經(jīng)。在美國做科研，俞作仁教授充分體會到獲得臨床標本和開展臨床合作的艱難。在醫(yī)院建立轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究機構(gòu)，看似簡單，但的確是一個創(chuàng)新型思維，而且實際操作難度也不小，關(guān)鍵是人員、空間、投入、后續(xù)研究經(jīng)費等。俞作仁教授馬上上網(wǎng)查閱了東方轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究中心的很多新聞和信息，有一種被震撼了的感覺?！拔耶敃r趁著一股熱情，一周之內(nèi)就做了一個人生很大的決定：加盟東方，開展轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究?！庇嶙魅式淌诨貞浾f。

三大價值一路支撐科研信念

談到當初為什么會選擇生物醫(yī)學(xué)專業(yè)，俞作仁教授說，一方面是受了從事醫(yī)學(xué)工作的父親的影響，一方面是自己從小對生物學(xué)的興趣?！皬氖驴蒲泄ぷ?，有幾個原因，一是我自身性格特點。我生性安靜，善于思考，不喜歡也不樂于表現(xiàn)自我或者從事社會性工作。另外一個原因，是我碩士畢業(yè)之后在一家省級三甲醫(yī)院工作期間，雖然不在臨床一線，但目睹了很多患者無助的眼神和醫(yī)生無奈的表情。我們對許多疾病的了解和治療手段很有限，這凸顯了醫(yī)學(xué)科研的滯后，或者說有著無限的發(fā)展空間?；谶@兩個原因，我于2000年到北京協(xié)和醫(yī)科大學(xué)攻讀博士學(xué)位，從此開始了科研生涯。讓我震撼也影響我職業(yè)生涯的是我在協(xié)和讀博士期間，有一位50歲左右的男士找到我們實驗室，希望捐助100萬元人民幣，讓我們開展一項研究——他女兒患某疾病，現(xiàn)有醫(yī)學(xué)無法醫(yī)治。他愿意傾家蕩產(chǎn)讓我們研究，寄一絲希望能挽留他女兒的生命。盡管我們無法幫他，但這事兒讓我對科研事業(yè)的追求更加執(zhí)著?！?/p>

ncRNA作為近年來生命醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點，與疾病密切相關(guān)，日益引起生命學(xué)術(shù)界和臨床醫(yī)學(xué)界的關(guān)注。俞作仁教授自2004年步入microRNA領(lǐng)域，屬于ncRNA早期研究人員。從早期測序簽定新的miRNA分子，到研究miRNA作用機制和篩選靶基因，再到體內(nèi)、體外實驗探索miRNA對癌細胞增殖和轉(zhuǎn)移的調(diào)控，直至今天拓寬研究范疇到lncRNA，更聚焦于惡性程度高的三陰性乳腺癌和癌干細胞的研究。其科研成果在本領(lǐng)域內(nèi)的科學(xué)價值主要體現(xiàn)在三個方面：一是有助于推動ncRNA在抗癌轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用；二是有助于從ncRNA角度探索乳腺癌發(fā)生和轉(zhuǎn)移的分子機制；三是有助于從ncRNA中探尋癌癥治療的新靶點。不難想象在這些科研成果背后，他所經(jīng)歷的“昨夜西風(fēng)凋碧樹，獨上高樓，望盡天涯路”的科研孤獨與艱辛；他所堅守的“衣帶漸寬終不悔，為伊消得人憔悴”的科研理念的執(zhí)著與不懈，以及他所獲得的“眾里尋他千百度，驀然回首，那人卻在燈火闌珊處”的科研之果，這都完美地詮釋了他的科學(xué)研究的三種境界。

從年少時的生物學(xué)興趣到以后從事的醫(yī)學(xué)研究，從醫(yī)學(xué)生到博士后，從協(xié)和醫(yī)科大學(xué)到美國常青藤大學(xué)賓夕法尼亞大學(xué)醫(yī)學(xué)院，從美國助理教授到東方醫(yī)院轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究中心的管理者，俞作仁教授一路走來，是一種科研的信念支撐著他，就如同他所說的“科研是著眼于未來的”，他正是那個抓住未來、追上未來，把“未來”轉(zhuǎn)為“現(xiàn)在”的人！