文/高妍 張娜

傾聽分子之音維護生命之美
——訪生命之美科技有限公司總裁、首席科學家張翼

文/高妍 張娜

張翼總裁

生命科學是研究生命現(xiàn)象、生命活動的本質(zhì)、特征和發(fā)生、發(fā)展規(guī)律，以及各種生物之間、生物與環(huán)境之間相互關系的基礎科學。如何有效地控制生命活動，能動地改造生物界來造福人類是生命科學研究的最終目的。

但現(xiàn)階段，疾病仍是困擾人們生活的重要問題之一。目前，仍有大量疾病不能有效控制和治療，其中尤以癌癥為甚。細致傾聽身體的聲音，有效預防和治療疾病，提升人類的生活質(zhì)量，是每個生命科學研究工作者的愿望。生命之美科技有限公司總裁和首席科學家、原武漢大學生命科學學院教授張翼就是一個地道的生科人。她以PTB蛋白和非編碼RNA的調(diào)控機制研究為契機，提供了相關疾病治療的新思路，開啟了生命科學研究的新征程。

革新傳統(tǒng) 解析生命之謎

PTB蛋白是一種RNA結(jié)合蛋白，因傾向結(jié)合RNA的多聚嘧啶串區(qū)，所以叫多聚嘧啶串結(jié)合蛋白(Polypyrimidine Tract Binding protein)。PTB蛋白是通過結(jié)合特定的RNA序列調(diào)控基因可變剪接的模式蛋白，在癌細胞中高表達并能促進癌細胞生長，具有致癌性。

一直以來人們都認為，PTB是可變剪接抑制蛋白，這在20年前已有定論，并被寫入教科書廣為傳播。但張翼帶領的研究組通過全新技術(shù)揭示出了PTB蛋白在細胞內(nèi)結(jié)合靶基因的新特征，發(fā)現(xiàn)PTB蛋白不僅僅是一個“抑制者”，它在與RNA某些位置結(jié)合時，也會促進可變剪接。

張翼介紹，基因是編碼蛋白質(zhì)或RNA的基本單位。人類和哺乳動物的蛋白質(zhì)基因的編碼區(qū)通常被多個非編碼的內(nèi)含子序列隔斷，每個被隔斷的編碼區(qū)片段稱為外顯子。一個蛋白質(zhì)基因的遺傳信息被轉(zhuǎn)錄進入pre-mRNA后(前體信使RNA)，在一個名叫剪接體(spliceosome)的蛋白質(zhì)——RNA復合機器的幫助下，它的外顯子們常以不同方式被剪接在一起，形成具有不同遺傳信息的成熟mRNA(信使RNA)以表達不同功能的蛋白質(zhì)。這種外顯子以不同方式被剪接生成不同成熟的mRNA 的生物學反應被稱為可變剪接。研究表明，人類90％以上基因的pre-mRNA都是可變剪接的?？勺兗艚拥恼{(diào)控對細胞分化、發(fā)育、癌癥發(fā)生，以及干細胞功能維持等至關重要。相當多的基因在癌細胞里特異性表達，其剪接方式也具有特異性。例如，在癌細胞里，有些癌基因的外顯子們會被特異剪接成支持癌細胞生長和遷移的形式，以滿足癌細胞生長和遷移的要求。而PTB蛋白是調(diào)控可變剪接模式的蛋白質(zhì)，它決定導演怎樣的主題。因此，如果能夠揭示PTB蛋白在細胞內(nèi)與RNA的結(jié)合機制及其基因調(diào)控模式，就能夠有效預防相關疾病的發(fā)生。

張翼，1992年畢業(yè)于南開大學生物系，1993年赴美留學，2000年5月獲得美國新澤西州醫(yī)科大學分子遺傳與微生物學系博士學位。同年，張翼受邀回國，任職于武漢大學生命科學學院，負責核酶實驗室，研究專長是核酶RNA的折疊和結(jié)構(gòu)。2004年，張翼所在研究組開始可變剪接調(diào)控研究，她與加州大學圣地亞哥分校教授、武漢大學長江學者講座教授付向東合作，共同指導研究組開展相關研究工作，自此闖進了“以非編碼RNA為軸心的人類和哺乳動物的基因表達調(diào)控研究領域”。

張翼介紹，他們當時的研究策略非常明確，堅決不做單基因調(diào)控研究的跟隨者，而要采取全新的角度，嘗試更高難度的、基因組水平上的可變剪接調(diào)控研究。研究組還包括當時仍是研究生的薛愿超和周宇。確定方向后，研究組便開始了漫漫征途。

整個研究總共耗時4年多，但張翼說，他們的絕大部分時間都用來建立新的技術(shù)和方法。如何使PTB蛋白與premRNA交聯(lián)、怎樣篩掉不需要的其他蛋白、如何捕獲標簽、怎樣建立高效的測序方法……在3年多的不斷嘗試、驗證、推倒重來的繁瑣過程之后，他們終于建立了核心技術(shù)CLIP-sep，即紫外交聯(lián)免疫共沉淀與高通量測序偶聯(lián)技術(shù)?！昂唵握f，就是先用紫外光把PTB蛋白和與它相互作用的pre-mRNA交聯(lián)到一起，然后做免疫沉淀，洗掉不相關的蛋白并降解掉不被PTB結(jié)合的RNA，捕獲我們想要的RNA；再對RNA進行標記，在末端加上已知序列的接頭進行擴增，獲得標簽序列；最后進行高通量測序，獲得了近500萬個結(jié)合標簽序列，最終定位了PTB蛋白在細胞基因組上的結(jié)合位置、結(jié)合狀態(tài)?！?/p>

河道管理是確保行洪安全、河勢穩(wěn)定的關鍵。重慶市河道水系發(fā)達，這對河道管理工作提出了嚴峻考驗。河道管理工作要適應社會發(fā)展，修訂相關法律法規(guī)，調(diào)整相關管理措施，提高河道管理能力，達到防洪保安的目的，為重慶市經(jīng)濟社會發(fā)展服務。

接下來的研究變得順理成章，“拿到圖譜以后，我們很快就找到了PTB蛋白可變剪接調(diào)控的新機制。之前的研究都關注PTB結(jié)合在可變外顯子兩側(cè)附近的結(jié)合，我們研究發(fā)現(xiàn)PTB會結(jié)合在遠處與它相鄰的組成型外顯子的附近，然后我們用幾十個基因的實驗數(shù)據(jù)進行了驗證，并總結(jié)了PTB結(jié)合Pre-mRNA的規(guī)律?！?/p>

張翼所說的規(guī)律就是：“當PTB離可變外顯子近的時候就會抑制靶基因的可變剪接，離它相鄰的組成型外顯子近的時候，靶基因的可變剪接就會被促進。”也就是說，PTB蛋白與RNA序列的結(jié)合位置決定了靶基因的可變剪接是被抑制還是被促進，亦即“PTB蛋白可變剪接調(diào)控的位置效應機制”。

這一研究成果革新了傳統(tǒng)觀念，是國際上第一次成功“看清”致癌蛋白在細胞內(nèi)幾乎所有靶標的創(chuàng)舉，帶來了蛋白質(zhì)——RNA相互作用研究的全新氣息。有評價說，它“不但對系統(tǒng)認識可變剪接調(diào)控的意義重大，對認識非編碼RNA所介導的基因表達調(diào)控也是至關重要的”，它能夠極大地促進科學家更深刻全面地認識PTB蛋白基因表達調(diào)控的角色，推動相關應用研究的進展。

相關研究論文也于2009年12月24日作為封面論文刊登在Cell雜志子刊Molecular Cell上，成為世界范圍內(nèi)第三個研究組發(fā)表的第四篇相關領域的文章。最近，該抗癌機制被兩院院士評為“2010年中國十大科技進展之一”。

抗癌靶標 開啟生命之門

理論研究的最終目的是應用推廣，那么這項研究成果的取得對于癌癥治療到底有多大的推動力？

2009年3月由張翼教授組織召集的非編碼RNA與人類健康高層論壇在武漢大學舉行(會議代表前排左起：吳建國教授、朱大海教授、李伯良教授、陳潤生院士、梁子才教授、屈良鵠教授、金由辛研究員、周蕙研究員；后排左起：劉默芳研究員、李雋教授、黎孟風教授、張必良研究員、張翼教授、宋旭教授、邵寧生研究員、鄭曉飛研究員、莊詩美教授、荊清研究員、杜權(quán)教授、吳立剛研究員)。

張翼解釋，目前癌癥的通用治療方法，不管是放射療法還是化學療法都屬于粗線條療法，即放射線和藥物對所有細胞是“格殺勿論”的，它們并不能區(qū)別惡性細胞和正常細胞，做到辨別治療。因為癌細胞繁殖速度快，所以對它的殺傷力更強，能夠短期達到比較好的療效。但這類治療方法對正常細胞的殺傷，會逐漸破壞人的免疫系統(tǒng)，產(chǎn)生多種副作用，最終影響治療效果。

因此，尋求一種定向治療方法成為眾多科研工作者努力的方向?！叭绻覀兡軌蛘业酱龠M癌細胞生長的關鍵基因，并把化療試劑直接帶進癌細胞里殺掉基因，就能夠有效控制癌細胞的生長和轉(zhuǎn)移。研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，PTB蛋白就是促進癌細胞生長的關鍵蛋白。如能把它從細胞中敲除，大部分癌細胞就會死掉，能活下來的生長速度也會顯著變慢。”張翼解釋說。

因為PTB蛋白自身的特點，它在癌細胞中高表達，卻在很多分化細胞比如神經(jīng)細胞、肌肉細胞里不表達，這也提升了它作為癌癥治療靶標的優(yōu)勢，定向治療效果會很明顯。

另外，張翼也提醒大家多關注一些新鮮的角度和方向，比如PTB蛋白。“多聚嘧啶串結(jié)合蛋白，這長長的一串只是它的名字，并不能反映更深層次的內(nèi)涵，就像你只看一個人的名字并不能看出他的性格一樣?！钡∏∈且驗槊?，大家給予了它與RNA多嘧啶串結(jié)合特征，以及該結(jié)合在影響可變剪接調(diào)控方面更多的關注?！捌鋵?，除了調(diào)控可變剪接外，PTB蛋白還有原來不為人所知的、非常重要的生物學功能值得關注。我們研究組做了它在宮頸癌細胞里很多其他的調(diào)控作用機制研究，得到了多套關于PTB蛋白的數(shù)據(jù)?！?/p>

除了張翼研究組研究的宮頸癌細胞，還有已經(jīng)報道過的其他研究機構(gòu)做過的神經(jīng)膠質(zhì)瘤細胞、卵巢癌細胞等，令人驚奇的是PTB蛋白在這些細胞中都高量表達，并對癌細胞的生長和遷移起到重大作用。不僅對于腫瘤治療，PTB蛋白作為一種普遍表達的重要RNA結(jié)合蛋白，在神經(jīng)發(fā)育方面也產(chǎn)生著重要作用。張翼研究組的前期研究，是我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的，引領了以PTB蛋白為疾病治療新方法的研究方向。

張翼的研究不僅限于普遍表達的重要RNA結(jié)合蛋白，比如PTB介導的RNA調(diào)控網(wǎng)絡，也非常關注其他的人和哺乳動物非編碼RNA的調(diào)控機制研究。

非編碼RNA是不參與蛋白質(zhì)編碼的RNA的總稱，是不被翻譯成蛋白質(zhì)的RNA，但它的功能滲透到基因表達的各個環(huán)節(jié)，包括從遺傳信息貯存、轉(zhuǎn)運到生物化學反應催化，以及基因表達調(diào)控的多種生理過程。

非編碼RNA研究是目前整個生命科學的前沿領域和研究熱點，它在人體正?；顒蛹凹膊≈卸寄軌蚱鸬椒浅Ｖ匾恼{(diào)控作用，比如調(diào)控基因組動態(tài)性、細胞生物學以及發(fā)育編程。因此，對非編碼RNA的研究與人和哺乳動物的健康息息相關，能夠在應用研究上起到極大推動作用，不僅是在疾病治療方面，還包括疾病診斷。

仍以癌癥為例，有資料表明，現(xiàn)在的癌癥治療沒有顯著成效，大部分是因為發(fā)現(xiàn)得太晚，癌細胞已經(jīng)轉(zhuǎn)移。如果早期能夠發(fā)現(xiàn)，就可以通過外科手術(shù)把病灶清除，就不會威脅生命?！叭说纳眢w很神奇，它是有信號的。如果一個人快要得癌癥，在其分子水平就會有所表現(xiàn)，他的非編碼RNA就會發(fā)生變化。盡早診斷，就能有效提高生活質(zhì)量，不需要受放、化療之苦，更早的時候甚至有可能通過調(diào)整情緒逆轉(zhuǎn)身體病變的方向?！?/p>

張翼強調(diào)，癌癥治療真正重要的是把它控制在萌芽期，

2008年9月武漢大學RNA研究團隊學術(shù)研討會留影(前排左三張翼教授，后排右四、右五即為Molecular Cell文章的共同作者周宇、薛愿超)。

早期診斷 提升生活質(zhì)量

而這就需要非常優(yōu)秀的、強勢的診斷技術(shù)?！耙袁F(xiàn)在的研究成果和未來研究方向來看，非編碼RNA在這個領域有極大的發(fā)展空間，它完全能夠做到非常靈敏的早期診斷，有效提高人們的生活質(zhì)量?！?/p>

近年來，我們國家越來越意識到生物高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要性，在基礎研究方面投入了很多。目前來看，我們國家現(xiàn)在已經(jīng)具備了足夠的基礎研究力量儲備，有條件做應用研究?！芭c國際相比，我們的技術(shù)和思路并不比他們差什么。現(xiàn)在大家都已經(jīng)看到了這個市場，就看誰能更快地研究出臨床所需并推廣應用。取之于臨床，用之于臨床，才會有意義?！钡珡堃硪脖硎荆A研究更多的還是給大家提供思路，要轉(zhuǎn)化到臨床應用，還需要更專業(yè)的團隊推進，需要更多的人力物力投入，這是單個研究組所不能解決的問題。

為了能夠全身心地投入到科研成果產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化中，張翼毅然辭去武漢大學的教學和研究工作，聯(lián)合有志人士成立了生命之美科技有限公司。

2011年1月生命之美科技有限公司部分員工合影

公眾教育 傳播生命之美

目前生命之美科技有限公司的基礎設施建設和人員配置都在緊鑼密鼓的籌備中，預計2011年春節(jié)后正式啟動各項工作。對于公司的發(fā)展規(guī)劃，張翼已經(jīng)描繪出一幅壯美藍圖。

張翼介紹，生命之美將始終與生命科學前沿研究緊密切合，依托她個人和合作者多年儲備的基礎研究力量，聯(lián)合全國優(yōu)勢資源，以自身完備的基因組分析中心和基因組調(diào)控與人類健康研究實驗室為技術(shù)支撐，打造一個科學嚴謹、能夠維護人類健康，傳播生命科學奧秘的平臺。

在張翼的規(guī)劃中，公司的首要工作是啟動一個與PTB和非編碼RNA臨床診斷相關的大項目，項目已經(jīng)在籌劃中。張翼希望能夠聯(lián)絡組織全國的同行和各大醫(yī)院，共同合作研究不同腫瘤細胞中的PTB和非編碼RNA表達譜，以全面評估考量它們在不同進程的腫瘤細胞里的高表達情況，最終創(chuàng)立診斷標簽。在這個項目中，生命之美將組織團隊協(xié)調(diào)整個項目的運營，并提供大型儀器設備支撐，基因組分析中心承擔數(shù)據(jù)處理分析工作，基因組調(diào)控與人類健康研究實驗室負責樣品處理。

張翼對該項目充滿信心：“我們計劃用一年的時間完成標簽創(chuàng)立，順利的話2012年開始在臨床上進行嘗試，輔助臨床診斷；5年后的目標是面向高收入人群推廣檢測項目；用大概7年左右時間，把成本降低到普通人能夠承受的價位，把技術(shù)簡化到像做體檢一樣方便，只要取到血樣就可以診斷與癌癥相關聯(lián)的一切情況。”

在輔助項目進展的同時，公司的中心和實驗室也會為整個研究領域的同行提供高新技術(shù)服務，打造生物科技的第三產(chǎn)業(yè)。

除此以外，張翼還有一個更加長遠的計劃——生命科學的公眾教育?！斑@是目前中國非常重要的，是整個生物科學領域亟待解決的問題，也是我在多年教學中得出的體驗，那就是我們的研究應該怎樣回饋大眾?！睆堃斫榻B，他們計劃把生命科學的最新研究成果，用動漫和影視等親民的形式、通俗易懂的語言表現(xiàn)出來，針對不同人群做成不同版本，通過網(wǎng)絡傳播，讓每個人都能了解生命科學，體會生命科學研究成果帶來的進步，讓生命科學知識成為大眾生活常識的一部分。

“為什么生命科學這么讓人看好，因為它蘊涵的規(guī)律是很神奇、很新穎，富有創(chuàng)造力的。當大眾能夠理解它的時候，它就會刺激大眾的想象力和創(chuàng)造力，讓公眾都具備創(chuàng)新性思維，這意義是不可估量的。能夠為國家積攢一代極具創(chuàng)造力的人才，這對于生命科學領域乃至整個社會發(fā)展的推動力都是不言而喻的?！睆堃碓谡劦竭@些時有些激動，“我們都是中國科學研究的一分子，每個人都應該有推動國家發(fā)展的意識，中國人更應該有服務世界的意識?！憋@然，她的規(guī)劃藍圖比我們想象的更寬廣、更宏偉。