倾听分子之音维护生命之美——访生命之美科技有限公司总裁、首席科学家张翼

文/高妍 张娜

倾听分子之音维护生命之美
——访生命之美科技有限公司总裁、首席科学家张翼

文/高妍 张娜

张翼总裁

生命科学是研究生命现象、生命活动的本质、特征和发生、发展规律，以及各种生物之间、生物与环境之间相互关系的基础科学。如何有效地控制生命活动，能动地改造生物界来造福人类是生命科学研究的最终目的。

但现阶段，疾病仍是困扰人们生活的重要问题之一。目前，仍有大量疾病不能有效控制和治疗，其中尤以癌症为甚。细致倾听身体的声音，有效预防和治疗疾病，提升人类的生活质量，是每个生命科学研究工作者的愿望。生命之美科技有限公司总裁和首席科学家、原武汉大学生命科学学院教授张翼就是一个地道的生科人。她以PTB蛋白和非编码RNA的调控机制研究为契机，提供了相关疾病治疗的新思路，开启了生命科学研究的新征程。

革新传统 解析生命之谜

PTB蛋白是一种RNA结合蛋白，因倾向结合RNA的多聚嘧啶串区，所以叫多聚嘧啶串结合蛋白(Polypyrimidine Tract Binding protein)。PTB蛋白是通过结合特定的RNA序列调控基因可变剪接的模式蛋白，在癌细胞中高表达并能促进癌细胞生长，具有致癌性。

一直以来人们都认为，PTB是可变剪接抑制蛋白，这在20年前已有定论，并被写入教科书广为传播。但张翼带领的研究组通过全新技术揭示出了PTB蛋白在细胞内结合靶基因的新特征，发现PTB蛋白不仅仅是一个“抑制者”，它在与RNA某些位置结合时，也会促进可变剪接。

张翼介绍，基因是编码蛋白质或RNA的基本单位。人类和哺乳动物的蛋白质基因的编码区通常被多个非编码的内含子序列隔断，每个被隔断的编码区片段称为外显子。一个蛋白质基因的遗传信息被转录进入pre-mRNA后(前体信使RNA)，在一个名叫剪接体(spliceosome)的蛋白质——RNA复合机器的帮助下，它的外显子们常以不同方式被剪接在一起，形成具有不同遗传信息的成熟mRNA(信使RNA)以表达不同功能的蛋白质。这种外显子以不同方式被剪接生成不同成熟的mRNA 的生物学反应被称为可变剪接。研究表明，人类90％以上基因的pre-mRNA都是可变剪接的。可变剪接的调控对细胞分化、发育、癌症发生，以及干细胞功能维持等至关重要。相当多的基因在癌细胞里特异性表达，其剪接方式也具有特异性。例如，在癌细胞里，有些癌基因的外显子们会被特异剪接成支持癌细胞生长和迁移的形式，以满足癌细胞生长和迁移的要求。而PTB蛋白是调控可变剪接模式的蛋白质，它决定导演怎样的主题。因此，如果能够揭示PTB蛋白在细胞内与RNA的结合机制及其基因调控模式，就能够有效预防相关疾病的发生。

张翼，1992年毕业于南开大学生物系，1993年赴美留学，2000年5月获得美国新泽西州医科大学分子遗传与微生物学系博士学位。同年，张翼受邀回国，任职于武汉大学生命科学学院，负责核酶实验室，研究专长是核酶RNA的折叠和结构。2004年，张翼所在研究组开始可变剪接调控研究，她与加州大学圣地亚哥分校教授、武汉大学长江学者讲座教授付向东合作，共同指导研究组开展相关研究工作，自此闯进了“以非编码RNA为轴心的人类和哺乳动物的基因表达调控研究领域”。

张翼介绍，他们当时的研究策略非常明确，坚决不做单基因调控研究的跟随者，而要采取全新的角度，尝试更高难度的、基因组水平上的可变剪接调控研究。研究组还包括当时仍是研究生的薛愿超和周宇。确定方向后，研究组便开始了漫漫征途。

整个研究总共耗时4年多，但张翼说，他们的绝大部分时间都用来建立新的技术和方法。如何使PTB蛋白与premRNA交联、怎样筛掉不需要的其他蛋白、如何捕获标签、怎样建立高效的测序方法……在3年多的不断尝试、验证、推倒重来的繁琐过程之后，他们终于建立了核心技术CLIP-sep，即紫外交联免疫共沉淀与高通量测序偶联技术。“简单说，就是先用紫外光把PTB蛋白和与它相互作用的pre-mRNA交联到一起，然后做免疫沉淀，洗掉不相关的蛋白并降解掉不被PTB结合的RNA，捕获我们想要的RNA；再对RNA进行标记，在末端加上已知序列的接头进行扩增，获得标签序列；最后进行高通量测序，获得了近500万个结合标签序列，最终定位了PTB蛋白在细胞基因组上的结合位置、结合状态。”

河道管理是确保行洪安全、河势稳定的关键。重庆市河道水系发达，这对河道管理工作提出了严峻考验。河道管理工作要适应社会发展，修订相关法律法规，调整相关管理措施，提高河道管理能力，达到防洪保安的目的，为重庆市经济社会发展服务。

接下来的研究变得顺理成章，“拿到图谱以后，我们很快就找到了PTB蛋白可变剪接调控的新机制。之前的研究都关注PTB结合在可变外显子两侧附近的结合，我们研究发现PTB会结合在远处与它相邻的组成型外显子的附近，然后我们用几十个基因的实验数据进行了验证，并总结了PTB结合Pre-mRNA的规律。”

张翼所说的规律就是：“当PTB离可变外显子近的时候就会抑制靶基因的可变剪接，离它相邻的组成型外显子近的时候，靶基因的可变剪接就会被促进。”也就是说，PTB蛋白与RNA序列的结合位置决定了靶基因的可变剪接是被抑制还是被促进，亦即“PTB蛋白可变剪接调控的位置效应机制”。

这一研究成果革新了传统观念，是国际上第一次成功“看清”致癌蛋白在细胞内几乎所有靶标的创举，带来了蛋白质——RNA相互作用研究的全新气息。有评价说，它“不但对系统认识可变剪接调控的意义重大，对认识非编码RNA所介导的基因表达调控也是至关重要的”，它能够极大地促进科学家更深刻全面地认识PTB蛋白基因表达调控的角色，推动相关应用研究的进展。

相关研究论文也于2009年12月24日作为封面论文刊登在Cell杂志子刊Molecular Cell上，成为世界范围内第三个研究组发表的第四篇相关领域的文章。最近，该抗癌机制被两院院士评为“2010年中国十大科技进展之一”。

抗癌靶标 开启生命之门

理论研究的最终目的是应用推广，那么这项研究成果的取得对于癌症治疗到底有多大的推动力？

2009年3月由张翼教授组织召集的非编码RNA与人类健康高层论坛在武汉大学举行(会议代表前排左起：吴建国教授、朱大海教授、李伯良教授、陈润生院士、梁子才教授、屈良鹄教授、金由辛研究员、周蕙研究员；后排左起：刘默芳研究员、李隽教授、黎孟风教授、张必良研究员、张翼教授、宋旭教授、邵宁生研究员、郑晓飞研究员、庄诗美教授、荆清研究员、杜权教授、吴立刚研究员)。

张翼解释，目前癌症的通用治疗方法，不管是放射疗法还是化学疗法都属于粗线条疗法，即放射线和药物对所有细胞是“格杀勿论”的，它们并不能区别恶性细胞和正常细胞，做到辨别治疗。因为癌细胞繁殖速度快，所以对它的杀伤力更强，能够短期达到比较好的疗效。但这类治疗方法对正常细胞的杀伤，会逐渐破坏人的免疫系统，产生多种副作用，最终影响治疗效果。

因此，寻求一种定向治疗方法成为众多科研工作者努力的方向。“如果我们能够找到促进癌细胞生长的关键基因，并把化疗试剂直接带进癌细胞里杀掉基因，就能够有效控制癌细胞的生长和转移。研究已经发现，PTB蛋白就是促进癌细胞生长的关键蛋白。如能把它从细胞中敲除，大部分癌细胞就会死掉，能活下来的生长速度也会显著变慢。”张翼解释说。

因为PTB蛋白自身的特点，它在癌细胞中高表达，却在很多分化细胞比如神经细胞、肌肉细胞里不表达，这也提升了它作为癌症治疗靶标的优势，定向治疗效果会很明显。

另外，张翼也提醒大家多关注一些新鲜的角度和方向，比如PTB蛋白。“多聚嘧啶串结合蛋白，这长长的一串只是它的名字，并不能反映更深层次的内涵，就像你只看一个人的名字并不能看出他的性格一样。”但恰恰是因为名字，大家给予了它与RNA多嘧啶串结合特征，以及该结合在影响可变剪接调控方面更多的关注。“其实，除了调控可变剪接外，PTB蛋白还有原来不为人所知的、非常重要的生物学功能值得关注。我们研究组做了它在宫颈癌细胞里很多其他的调控作用机制研究，得到了多套关于PTB蛋白的数据。”

除了张翼研究组研究的宫颈癌细胞，还有已经报道过的其他研究机构做过的神经胶质瘤细胞、卵巢癌细胞等，令人惊奇的是PTB蛋白在这些细胞中都高量表达，并对癌细胞的生长和迁移起到重大作用。不仅对于肿瘤治疗，PTB蛋白作为一种普遍表达的重要RNA结合蛋白，在神经发育方面也产生着重要作用。张翼研究组的前期研究，是我国拥有自主知识产权的，引领了以PTB蛋白为疾病治疗新方法的研究方向。

张翼的研究不仅限于普遍表达的重要RNA结合蛋白，比如PTB介导的RNA调控网络，也非常关注其他的人和哺乳动物非编码RNA的调控机制研究。

非编码RNA是不参与蛋白质编码的RNA的总称，是不被翻译成蛋白质的RNA，但它的功能渗透到基因表达的各个环节，包括从遗传信息贮存、转运到生物化学反应催化，以及基因表达调控的多种生理过程。

非编码RNA研究是目前整个生命科学的前沿领域和研究热点，它在人体正常活动及疾病中都能够起到非常重要的调控作用，比如调控基因组动态性、细胞生物学以及发育编程。因此，对非编码RNA的研究与人和哺乳动物的健康息息相关，能够在应用研究上起到极大推动作用，不仅是在疾病治疗方面，还包括疾病诊断。

仍以癌症为例，有资料表明，现在的癌症治疗没有显著成效，大部分是因为发现得太晚，癌细胞已经转移。如果早期能够发现，就可以通过外科手术把病灶清除，就不会威胁生命。“人的身体很神奇，它是有信号的。如果一个人快要得癌症，在其分子水平就会有所表现，他的非编码RNA就会发生变化。尽早诊断，就能有效提高生活质量，不需要受放、化疗之苦，更早的时候甚至有可能通过调整情绪逆转身体病变的方向。”

张翼强调，癌症治疗真正重要的是把它控制在萌芽期，

2008年9月武汉大学RNA研究团队学术研讨会留影(前排左三张翼教授，后排右四、右五即为Molecular Cell文章的共同作者周宇、薛愿超)。

早期诊断 提升生活质量

而这就需要非常优秀的、强势的诊断技术。“以现在的研究成果和未来研究方向来看，非编码RNA在这个领域有极大的发展空间，它完全能够做到非常灵敏的早期诊断，有效提高人们的生活质量。”

近年来，我们国家越来越意识到生物高新技术产业的重要性，在基础研究方面投入了很多。目前来看，我们国家现在已经具备了足够的基础研究力量储备，有条件做应用研究。“与国际相比，我们的技术和思路并不比他们差什么。现在大家都已经看到了这个市场，就看谁能更快地研究出临床所需并推广应用。取之于临床，用之于临床，才会有意义。”但张翼也表示，基础研究更多的还是给大家提供思路，要转化到临床应用，还需要更专业的团队推进，需要更多的人力物力投入，这是单个研究组所不能解决的问题。

为了能够全身心地投入到科研成果产业化转化中，张翼毅然辞去武汉大学的教学和研究工作，联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员工合影

公众教育 传播生命之美

目前生命之美科技有限公司的基础设施建设和人员配置都在紧锣密鼓的筹备中，预计2011年春节后正式启动各项工作。对于公司的发展规划，张翼已经描绘出一幅壮美蓝图。

张翼介绍，生命之美将始终与生命科学前沿研究紧密切合，依托她个人和合作者多年储备的基础研究力量，联合全国优势资源，以自身完备的基因组分析中心和基因组调控与人类健康研究实验室为技术支撑，打造一个科学严谨、能够维护人类健康，传播生命科学奥秘的平台。

在张翼的规划中，公司的首要工作是启动一个与PTB和非编码RNA临床诊断相关的大项目，项目已经在筹划中。张翼希望能够联络组织全国的同行和各大医院，共同合作研究不同肿瘤细胞中的PTB和非编码RNA表达谱，以全面评估考量它们在不同进程的肿瘤细胞里的高表达情况，最终创立诊断标签。在这个项目中，生命之美将组织团队协调整个项目的运营，并提供大型仪器设备支撑，基因组分析中心承担数据处理分析工作，基因组调控与人类健康研究实验室负责样品处理。

张翼对该项目充满信心：“我们计划用一年的时间完成标签创立，顺利的话2012年开始在临床上进行尝试，辅助临床诊断；5年后的目标是面向高收入人群推广检测项目；用大概7年左右时间，把成本降低到普通人能够承受的价位，把技术简化到像做体检一样方便，只要取到血样就可以诊断与癌症相关联的一切情况。”

在辅助项目进展的同时，公司的中心和实验室也会为整个研究领域的同行提供高新技术服务，打造生物科技的第三产业。

除此以外，张翼还有一个更加长远的计划——生命科学的公众教育。“这是目前中国非常重要的，是整个生物科学领域亟待解决的问题，也是我在多年教学中得出的体验，那就是我们的研究应该怎样回馈大众。”张翼介绍，他们计划把生命科学的最新研究成果，用动漫和影视等亲民的形式、通俗易懂的语言表现出来，针对不同人群做成不同版本，通过网络传播，让每个人都能了解生命科学，体会生命科学研究成果带来的进步，让生命科学知识成为大众生活常识的一部分。

“为什么生命科学这么让人看好，因为它蕴涵的规律是很神奇、很新颖，富有创造力的。当大众能够理解它的时候，它就会刺激大众的想象力和创造力，让公众都具备创新性思维，这意义是不可估量的。能够为国家积攒一代极具创造力的人才，这对于生命科学领域乃至整个社会发展的推动力都是不言而喻的。”张翼在谈到这些时有些激动，“我们都是中国科学研究的一分子，每个人都应该有推动国家发展的意识，中国人更应该有服务世界的意识。”显然，她的规划蓝图比我们想象的更宽广、更宏伟。