本刊記者 遲艷艷 實(shí)習(xí)記者 馬曉娟

專家簡介：

潘磊，中國科學(xué)院生物物理研究所研究員，中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)成員,博士生導(dǎo)師。2004年畢業(yè)于南開大學(xué)，之后免試就讀于中國科學(xué)院生物物理研究所。2006-2009年以博士聯(lián)合培養(yǎng)的方式在美國Stowers生物醫(yī)學(xué)研究所完成博士學(xué)業(yè)。2010年獲中國科學(xué)院細(xì)胞生物學(xué)博士學(xué)位。

僅作為第一作者或通訊作者在Nature，Cell Stem Cell，PLoS Genetics，JBC等重要期刊上已累積發(fā)表文章影響因子近100點(diǎn)。主持有科學(xué)院青促會(huì)基金、中國科學(xué)院—諾和諾德聯(lián)合研究項(xiàng)目，國家自然科學(xué)基金委重大國際合作交流、面上項(xiàng)目等科研項(xiàng)目，同時(shí)作為骨干參與科技部“973”、衛(wèi)生部重大項(xiàng)目等多個(gè)科研項(xiàng)目。

天然免疫和適應(yīng)性免疫是高等動(dòng)物的兩大免疫系統(tǒng)。在抵御病原微生物感染的過程中，天然免疫系統(tǒng)作為機(jī)體抵御病原入侵的第一道防線，不但可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，識(shí)別和清除入侵的病原體，而且能夠向獲得性免疫系統(tǒng)呈遞免疫信號(hào)。

隨著病原體數(shù)量和類型的不斷增加，加固天然免疫防線成為科學(xué)家們的研究熱點(diǎn)，具有國際前沿科研理念的潘磊的研究重點(diǎn)就是天然免疫系統(tǒng)。2010年潘磊從美國Stowers研究所博士畢業(yè)后回到祖國。4年來，他一直在為進(jìn)一步解決免疫性疾病、提高人類抵御外界病原微生物感染的能力而忙碌。

天然免疫的“專科醫(yī)生”

天然免疫系統(tǒng)是生物機(jī)體抵抗病源入侵的首道防線，但其調(diào)控的分子機(jī)制尚存在許多未解決的問題，需要建立新的技術(shù)手段，借助強(qiáng)勁的遺傳操作系統(tǒng)，迅速得以突破，才能透徹了解天然免疫并從根本上解決疫苗設(shè)計(jì)的瓶頸問題。

正是在意識(shí)到這一難題的情況下，潘磊迎難而上，于2011開始主持國家自然基金項(xiàng)目。潘磊以無獲得性免疫的果蠅為模式生物，利用前期構(gòu)建的生物信息學(xué)預(yù)測模型，預(yù)測了參與果蠅天然免疫識(shí)別與應(yīng)答的因子。隨后，他借助果蠅大規(guī)模遺傳篩選，功能鑒定參與天然免疫調(diào)節(jié)的新分子、新通路和新機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，潘磊進(jìn)一步挖掘新篩選出的天然免疫調(diào)節(jié)因子是否參與其他生物進(jìn)程的調(diào)控，進(jìn)一步加深天然免疫同其他通路之間的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控機(jī)制的理解。

同樣，肥胖癥的腸道生態(tài)免疫學(xué)也是潘磊的興趣所在。他提到，肥胖是一種慢性代謝性疾病，我國超重或肥胖人群占人口的20%～25%，其中有8000余萬屬于肥胖癥患者，20年后還可能翻番。因此，深入研究肥胖的發(fā)生機(jī)理和防治策略迫在眉睫。

高熱量食物是導(dǎo)致肥胖的主要誘因之一。目前，已有研究表明，高脂肪飲食導(dǎo)致體重增加和肥胖與腸道菌群—腸道免疫互作有關(guān)，但免疫應(yīng)答與調(diào)控規(guī)律不詳。2013年，潘磊著手承擔(dān)國家自然基金重大國際合作交流項(xiàng)目，他希望利用果蠅和腸道免疫缺陷小鼠兩種模型各自的優(yōu)勢，聯(lián)合研究體重增加和肥胖過程中腸道菌群穩(wěn)態(tài)以及能量和脂肪代謝變化規(guī)律，并能在此基礎(chǔ)上，研究影響腸道菌微生態(tài)和宿主能量與脂肪代謝的免疫調(diào)節(jié)機(jī)制，進(jìn)一步確定腸道粘膜免疫、腸道菌群和肥胖癥之間的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控關(guān)系，揭示體重增加和肥胖的腸道生態(tài)免疫學(xué)應(yīng)答與調(diào)控的分子與細(xì)胞機(jī)制。

一項(xiàng)跨國際的合作

2006年，潘磊在中國科學(xué)院上完一年的研究生基礎(chǔ)課程，得到唐宏老師的高度認(rèn)可，老師推薦他到美國Stowers研究所完成四年的博士課程。令人艷羨的海外留學(xué)經(jīng)歷給潘磊在科研領(lǐng)域帶來了更多的話語權(quán)。然而，這光鮮亮麗的成果背后是個(gè)中的艱辛與努力。

在還未適應(yīng)美國飲食起居的情況下，潘磊曾長期工作到深夜2點(diǎn)；發(fā)燒39攝氏度的時(shí)候，他也依舊堅(jiān)持在實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，“我很感謝這段全身心投入科研工作的經(jīng)歷，它讓我在自主學(xué)習(xí)的環(huán)境下更多地發(fā)揮了自己的潛力”。

如今，潘磊雖然已經(jīng)回國工作，但科研不分國界，他仍然保持著與美國Stowers研究所的密切聯(lián)系。就在2014年8月，潘磊和美國解亭教授合作研究的論文“Protein competition switches the function of COP9 from self-renewal to differentiation”在《Nature》雜志上發(fā)表了。

論文著眼于蛋白因子之間的競爭性結(jié)合調(diào)控干細(xì)胞自我更新和分化的新機(jī)制。在博士生期間，潘磊就意外發(fā)現(xiàn)一些干細(xì)胞自身調(diào)節(jié)因子廣泛的分布在干細(xì)胞和其后續(xù)分化的子代細(xì)胞中，但卻行使不同的調(diào)節(jié)功能。這不禁就產(chǎn)生了一個(gè)有趣的問題，這些廣泛表達(dá)的調(diào)節(jié)因子是如何在干細(xì)胞中維持更新的能力和子代細(xì)胞中促分化能力之間相互轉(zhuǎn)變的？

潘磊及其課題組部分成員

為了解答這一疑問，潘磊與解亭教授合作，選用果蠅的卵巢種系干細(xì)胞作為研究模型，結(jié)合遺傳學(xué)，生物化學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)等多種研究手段，提出了一種調(diào)控干細(xì)胞的新機(jī)制。在干細(xì)胞中，Csn4因子作為COP9復(fù)合物的一份子維持干細(xì)胞的自我更新；而在分化的子代在細(xì)胞中，大量表達(dá)的促分化因子Bam通過競爭性募集Csn4，從而轉(zhuǎn)變其他的Csn蛋白組分發(fā)揮促進(jìn)分化的功能。同時(shí)，余下的Bam將進(jìn)一步和另一個(gè)蛋白因子Bgcn結(jié)合形成促進(jìn)干細(xì)胞分化的復(fù)合體，并抑制自我更新因子的表達(dá)。這種通過調(diào)節(jié)因子之間的競爭性結(jié)合從而轉(zhuǎn)變功能的機(jī)制可能很好地解釋了在多種干細(xì)胞體系中雖然干細(xì)胞和其子代擁有共同的調(diào)節(jié)因子但卻擁有不同命運(yùn)的現(xiàn)象。

構(gòu)建理想實(shí)驗(yàn)室

2010年回國后，潘磊一直在中科院感染與免疫重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室從事免疫遺傳學(xué)的開拓性研究，他的夢想是，搭建起屬于自己的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，構(gòu)建一個(gè)精于科研的團(tuán)隊(duì)。通過四年的努力，這個(gè)夢想逐漸照進(jìn)現(xiàn)實(shí)，這個(gè)以果蠅為主要模式生物的免疫遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)室初步建成，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)建立了系統(tǒng)的果蠅遺傳操作系統(tǒng)，開發(fā)出感染、衰老、有無腸道菌等多種研究模型，進(jìn)一步探索了天然免疫的調(diào)控機(jī)制。

目前，潘磊的實(shí)驗(yàn)室有1名助理研究員、1名技術(shù)員、4位博士生。潘磊給實(shí)驗(yàn)室的科研定了三個(gè)方向：挖掘參與天然免疫調(diào)節(jié)的新基因及其作用網(wǎng)絡(luò)，尋找器官間免疫信號(hào)傳導(dǎo)的物質(zhì)基礎(chǔ)；關(guān)注免疫應(yīng)答過程中腸道干細(xì)胞自我更新和分化的動(dòng)態(tài)平衡機(jī)制；研究天然免疫—腸道菌群結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)—代謝調(diào)節(jié)之間的微生態(tài)平衡。

4年的探索，潘磊的實(shí)驗(yàn)室逐步走向成熟，與此同時(shí)，潘磊在實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建方面也有了自己獨(dú)到的見解。潘磊認(rèn)為，就目前情況來看，國內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室多研發(fā)應(yīng)用，不偏重于基礎(chǔ)研究，這是由中國的國情決定的，但是如果基礎(chǔ)研究能夠有成果，將會(huì)受益匪淺。潘磊說：“就像人們不理解我們?yōu)槭裁囱芯抗?，孰不知借助果蠅?qiáng)大的遺傳操作，深入了解其高度保守的免疫系統(tǒng)，對回答人類天然免疫調(diào)控問題至關(guān)重要?！闭缗死谒f，他也在用自己的實(shí)際行動(dòng)來證明基礎(chǔ)模式動(dòng)物研究的重要性。

作為一名科研工作者，同時(shí)還要培養(yǎng)學(xué)生，博士生導(dǎo)師是潘磊的另一個(gè)身份。“老師對學(xué)生課題進(jìn)展的了解十分重要，學(xué)生也要及時(shí)與老師溝通實(shí)驗(yàn)過程中的難點(diǎn)、疑點(diǎn)。”在與學(xué)生的相處中，潘磊認(rèn)為老師與學(xué)生之間應(yīng)該成為朋友，這樣才能有利于課題的深入探討，讓學(xué)生開心地做科研。潘磊也非常注重學(xué)生的自主探索，他認(rèn)為通過討論引起學(xué)生的興趣十分重要。作為博士生導(dǎo)師，潘磊也身體力行，他時(shí)常通過引導(dǎo)學(xué)生的思路，鼓勵(lì)學(xué)生找到深入研究的層面。