探尋基因奧秘，鐘情轉化醫學

課題組長俞作仁教授

同濟大學轉化醫學高等研究院/同濟大學附屬東方醫院轉化醫學研究中心俞作仁教授，早年師從細胞生物學專家、中國科學院薛社普院士，于2003年獲得中國醫學科學院/中國協和醫科大學博士學位，之后赴美賓夕法尼亞大學醫學院做博士后研究，自此開始步入非編碼RNA（ncRNA）研究領域。2009年至2011年受聘于美國托馬斯杰弗遜大學為正式教職員工，并任職科研助理教授，2011年全職回國，加盟同濟大學東方轉化醫學研究中心和腫瘤干細胞研究所，擔任課題組長和研究中心副主任，參與創建了上海東方轉化醫學公共技術服務平臺。

作為一名研究基礎醫學的科研工作者，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研究中，醫學的龐復繁雜、科研的精密枯燥都匯集其中。他自2011年進入東方醫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、國家自然科學基金項目、上海市科委重點項目等的研究，先后發表了30多篇SCI學術論文，參編了兩本英文專著。他與美國研究所合作發現了細胞周期蛋白調控乳腺腫瘤發生的一種新機制，這項研究為腫瘤發生領域帶來了廣泛的啟示，其研究成果已于2013年發表在《Nature Communications》上，美國《每日科學》以首發新聞的方式進行了報道；我國生物通、轉化醫學網等以《同濟研究員解析乳腺癌》為標題進行了專題報道；同時他還研究發現了一條癌細胞之間信號傳遞的新機制[首次將微小RNA（miRNA）的功能從癌細胞內擴展到癌細胞外異源信號通路調控]，該成果已發表在美國科學院學報。論文發表當月，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。

發現細胞周期蛋白間

負反饋調控環路

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，尋找能夠有效預防或者抑制腫瘤細胞增殖和轉移的方法。在東方醫院，以惡性乳腺腫瘤和腫瘤干細胞作為主要研究對象，結合臨床樣本分析，重點開展如何增加腫瘤細胞對藥物的敏感性，如何預防和治療腫瘤復發和轉移的研究，同時探索miRNA與抗腫瘤化學藥物的聯合使用方案。通過miRNA干預增加腫瘤干細胞對藥物的敏感性，尋求一種從患者體內徹底清除或抑制腫瘤細胞，有效防治腫瘤復發和轉移的miRNA干預方案。此外，由于東方醫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的應用研究，主持了上海市科委兩項重點項目的研究。”

ncRNA包括微小miRNA和長鏈非編碼RNA（lncRNA），是近年來生命科學領域研究熱點之一。miRNA 調控基因表達參與胚胎發育和多種生理及病理過程已經被廣泛證實。對lncRNA的認識雖然還處于初步階段，但已有研究表明，lncRNA參與染色質修飾、基因轉錄調控及疾病調控等。細胞周期蛋白D1（CCND1），作為細胞周期G0/G1-S轉變的重要調控因子，在超過50%的乳腺癌組織異常高表達。CCND1可導致乳腺癌細胞分裂周期失控，擴增異常。CCND1轉基因能夠誘導小鼠乳腺腫瘤的發生。很多研究報道證實了miRNA對細胞周期以及乳腺癌的特異調控作用。細胞周期調控與miRNA調控如何相互作用，協同抑制或約束，誘導了乳腺癌發生和發展？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，同時發現CCND1對miR-17/20轉錄的誘導功能，提出乳腺癌調控中CCND1-miR-17/20負反饋環路，二者既協同作用又互相制約，精確調控細胞周期和增殖的分子機制。一旦這種調控失衡，則導致腫瘤發生和發展。該研究成果發表在美國細胞生物學雜志（Journal of Cell Biology，2008）。論文發表6年來，Google Scholar引用率超過200多次。

俞作仁教授分析說，生物學和病理學調控是多基因、多通路參與的復雜網絡，我們研究發現，CCND1體內基因敲除或者體外特異敲低，伴隨著miRNA表達的整體下調。一個基因如何抑制一類非編碼分子的表達？與乳腺癌發生有何因果關系？針對這個問題，我們系統研究了CCND1在miRNA生物生成、運輸、降解等各個環節的作用，發現CCND1在體內、體外均能誘導DICER 基因的表達，促進miRNA整體的生物合成，同時調控組蛋白（H3K9）甲基化。在DICER基因的啟動子區發現細胞周期蛋白D1的特異結合序列，該序列對DICER轉錄調控起關鍵作用。我們通過近2200例乳腺癌臨床標本信息分析，發現細胞周期蛋白D1與DICER協同作用，在管腔A型及基底型乳腺癌發揮重要功能。

原創性發現癌轉移

異源信號傳遞通路

癌細胞和微環境之間的關系，類似于種子和土壤之間的關系。微環境不僅為癌細胞提供了生存環境，更為重要的是介導了癌細胞之間的信號傳遞。癌細胞和間質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控作用。俞作仁教授研究發現，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移。通過進一步研究，他們發現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。該研究首次將miRNA功能從細胞內擴展到細胞外，不僅證明了miRNA調控癌癥轉移的新機制，也提出了調控癌細胞之間信號傳遞的新途徑。該調控途徑一年后得到美國普林斯頓大學的研究證實；該研究成果發表在美國科學院學報PNAS。論文發表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調控乳腺癌開展的一系列研究，不僅發現miRNA-微環境-癌轉移的異源信號傳遞通路，證明癌基因（CCND1、MYC、E2F等）與miRNA17/20之間的負反饋調控環路，還發現miR-17/20作為乳腺癌化療藥物“增敏劑”，參與促進p53誘導細胞凋亡調控，增加乳腺癌細胞對藥物的敏感性，具有臨床應用潛力。

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），缺乏內分泌及抗HER2治療的靶點，臨床尚無有效治療方案。他帶領的研究小組篩查了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，發現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容之一。他們研究發現，miR-17/20可促進p53表達，參與p53誘導的細胞凋亡過程的調控，并能夠提高乳腺癌細胞對阿霉素的敏感性，降低藥物半數致死量。俞作仁教授表示，該研究結果提示非編碼RNA可作為癌細胞對藥物的“增敏劑”。miR-17/20聯合阿霉素給藥治療乳腺癌，作為新型抗癌方案（基因治療+化學治療）的一個例子，體外已經證實其有效性，體內效果他們正在研究中。“該項目是我們在轉化醫學方向邁出的一小步，相信其研究結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。”俞作仁教授說。

俞作仁教授還在早期通過克隆測序手段，在生殖干細胞中發現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現并提交miRBase、經專家審核認定并由官方命名的；其研究成果發表在生殖生物學雜志上（Biology of Reproduction），屬于生殖生物學領域首篇miRNA系統研究論文。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）”。

投身東方轉化，偶然中的必然

2011年，俞作仁教授與東方醫院簽訂引進合同，當年年底到東方醫院工作，開始組建自己的研究團隊。他說自己到東方醫院“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，工作穩定（回國前是大學科研助理教授），有了綠卡，買了房子，孩子上了中學，可以說已在美國安居樂業，沒有想過有一天會回國發展。說必然，是因為在研究方向上，我始終有一個理念：從事應用型研究，學習有所用，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、可以遨游于轉化醫學的研究。”

俞作仁教授總是說臨床與科研其實沒有本質的區別，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，協同發展。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。同濟東方轉化醫學研究中心的模式和理念，在美國幾乎不可能實現。”

俞作仁教授從上中學起就對生物學有著濃厚的興趣，考大學時報考的都是生物學專業。此后在醫院的工作經歷，以及在協和醫科大學的博士學習，更加讓他堅定了醫學生物研究的信念。博士畢業之后，他就隨著協和畢業生大軍，遠赴美國常青藤大學賓夕法尼亞大學醫學院，進行博士后深造。

在2011年春節前后，俞作仁教授和一個已經回國發展的朋友電話聊天，他提起了國內轉化醫學的發展勢頭，尤其提到該校裴鋼校長到任同濟之后對轉化醫學研究中心的新理念：在醫院建立研究所，臨床和科研專家聯手，開展轉化醫學研究。這一下子挑動了俞作仁教授潛意識里的一根神經。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。在醫院建立轉化醫學研究機構，看似簡單，但的確是一個創新型思維，而且實際操作難度也不小，關鍵是人員、空間、投入、后續研究經費等。俞作仁教授馬上上網查閱了東方轉化醫學研究中心的很多新聞和信息，有一種被震撼了的感覺。“我當時趁著一股熱情，一周之內就做了一個人生很大的決定：加盟東方，開展轉化醫學研究。”俞作仁教授回憶說。

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學專業，俞作仁教授說，一方面是受了從事醫學工作的父親的影響，一方面是自己從小對生物學的興趣。“從事科研工作，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自我或者從事社會性工作。另外一個原因，是我碩士畢業之后在一家省級三甲醫院工作期間，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，這凸顯了醫學科研的滯后，或者說有著無限的發展空間。基于這兩個原因，我于2000年到北京協和醫科大學攻讀博士學位，從此開始了科研生涯。讓我震撼也影響我職業生涯的是我在協和讀博士期間，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，現有醫學無法醫治。他愿意傾家蕩產讓我們研究，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的追求更加執著。”

ncRNA作為近年來生命醫學領域的研究熱點，與疾病密切相關，日益引起生命學術界和臨床醫學界的關注。俞作仁教授自2004年步入microRNA領域，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、體外實驗探索miRNA對癌細胞增殖和轉移的調控，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。其科研成果在本領域內的科學價值主要體現在三個方面：一是有助于推動ncRNA在抗癌轉化醫學研究中的應用；二是有助于從ncRNA角度探索乳腺癌發生和轉移的分子機制；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，他所經歷的“昨夜西風凋碧樹，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研究的三種境界。

從年少時的生物學興趣到以后從事的醫學研究，從醫學生到博士后，從協和醫科大學到美國常青藤大學賓夕法尼亞大學醫學院，從美國助理教授到東方醫院轉化醫學研究中心的管理者，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”轉為“現在”的人！