专注衰老研究 造福人类社会——记杭州师范大学医学院衰老研究所张克雄教授

○文/肖延胜

有研究显示，截至2013年世界上已有73个国家步入老龄化社会，我国已步入老龄化程度最高的国家行列。老龄化成为全世界面临的重大社会问题的同时，与衰老相关的疾病近年来在人群中快速增长，给国家、社会和家庭带来巨大压力和负担。其中肺组织是人体中衰老较早的组织器官，它的衰老开始于25岁。杭州师范大学医学院衰老研究所张克雄教授是这方面研究的专家，也是本文的主角。

1990年，张克雄从西北大学生物系毕业后，考入复旦大学生命科学学院遗传学研究所，在这里攻读硕士、博士学位。期间曾于复旦大学上海医学院（原上海医科大学）细胞与遗传医学系由助教升任至副教授。2005年博士毕业后张克雄赴美深造，先后于俄克拉荷马州立大学（Oklahoma State University）生理学系肺生物学与毒理学实验室和耶鲁大学医学院做博士后研究。2008年，张克雄担任美国波士顿大学生物学系细胞与分子生物学学科副研究员。他的主要研究方向包括肺组织衰老及其相关疾病的分子机制研究、胚胎期及不同发育阶段细胞衰老的分子机制研究。

国外研究成果

发达国家率先进入老龄化社会，对相关问题的研究有许多值得学习和借鉴。从2005年到2012年，张克雄在美国充分利用所在地资源充实、深化自己的研究，取得了丰硕成果，主要包括四个方面。

1.胎肺发育末期关键分子的功能及其相关信号通路研究

这是张克雄2005年在美国俄克拉荷马州立大学肺生物学与毒理学实验室的研究课题。他加入实验室后确认了胎肺末期发育中的关键分子之一Dlk1只在胎肺发育末期特异表达，并发现它主要在肺泡II型上皮细胞AEC2细胞中表达。为研究这些分子在胎肺发育末期的功能及相关的信号通路，张克雄着手为实验室建立了胎肺组织切片体外培养模型。经过分析，这个模型在体外成功模拟了体内胎肺末期的发育过程，为随后的研究工作奠定了重要基础。他的部分研究结果发表于美国生物化学与分子生物学学会主办的J. Biol. Chem.杂志。

2.卵巢癌基因治疗相关的siRNA投递（delivery）技术研究

在美国耶鲁大学医学院做研究期间，张克雄这方面的研究工作发表在2008年3月由美国RNA学会主办的RNA杂志上，并登上了当期杂志的封面。他和他的同事们构建了一个新的小干扰RNA投递系统，经过分析，这个系统成功地将siRNA投递入目的细胞内使靶基因的表达沉默，但并不诱导免疫应答反应，不引起细胞凋亡，所以这是一个简便、高效、安全的siRNA投递系统，其在siRNA相关的卵巢癌等基因治疗方面有潜在的应用前景。

3.对胚胎干细胞中RNA结合蛋白Lin28新功能的研究

张克雄教授(右二)与学生合影

仍然是在耶鲁大学医学院研究期间，张克雄对胚胎干细胞中RNA结合蛋白Lin28新功能的研究结果发表于2009年的由美国RNA学会主办的RNA杂志上，当时正是对胚胎干细胞和体细胞重编程研究的热点时期。他们的研究极大地推动了这一领域对Lin28（为最初用于将已分化的体细胞重编程使其干细胞化的四个重要功能蛋白之一）多功能的认识。随后世界顶级学术刊物《自然》（Nature）、生物学顶级刊物《细胞》（Cell）等杂志的多篇论文引证了他们的研究结果，且在这一领域，Lin28参与胚胎干细胞的能量代谢的功能也被揭示。这些研究发现对认识RNA结合蛋白在干细胞多潜能性的维持和自我更新中的作用有重要意义，并在干细胞的扩增与治疗，体细胞重编程的应用方面有广阔前景。

4.肿瘤干细胞与肿瘤血管发生之间关系的阐明及在肿瘤治疗临床前研究中的意义

在美国波士顿大学研究期间，张克雄关于肿瘤干细胞可以促进肿瘤组织中血管形成的论文在线发表于2010年英国现代生物出版集团出版的Molecular Cancer杂志上。发表后立即成为当月及以后很长时间该杂志所有论文中点击量排名前10的文章，并被标记为高关注度论文。在这些研究基础上，张克雄用自己建立的由肿瘤干细胞产生的高血管化生肿瘤模型和作为对照的低血管化生肿瘤模型，研究了用于临床试验的三种抗血管化生的肿瘤化疗药物对他们的治疗作用，其研究成果发表在2013年美国癌症研究学会（AACR）主办的Molecular Cancer Therapeutics杂志上，这项研究成果对临床或临床前肿瘤抗血管化生的个性化治疗有很重要的应用前景。

学成回国专注衰老研究

2012年7月，关注国内人口老龄化问题很久的张克雄学成回国，加入了刚刚成立的杭州师范大学医学院衰老研究所。该研究所云集了来自全世界各地衰老研究的优秀学者，并争取到了国家重大科学研究计划对衰老生物学或老年医学研究的支持。张克雄决心将这些年自己的所学和研究积累运用到对衰老生物学的研究中。

从组建自己的实验室，到引进各种相关的转基因小鼠和构建肺特异敲除及双敲除的转基因小鼠，他带领自己的团队辛勤工作，目前已经取得了一定的业绩，主要包括两个方面。

1.在肺衰老的分子机制研究中取得重要进展

张克雄和他的团队研究了端粒缩短在肺衰老中的作用及机制。他们首先分析了G3 (第三代，比第一代有更短的端粒长度)TERC-/-小鼠的AEC2细胞。他们检测到AEC2细胞表达一些衰老相关的标志物，提示端粒显著缩短后具有干细胞特征的AEC2细胞发生了细胞衰老并显著影响了其正常的生理功能。他们还发现，G3 TERC-/-小鼠肺组织中总的免疫细胞数量显著升高，肺组织的肺支气管肺泡灌流液中细胞因子IL-6、IL-8的蛋白水平显著升高。IL-6、IL-8 在免疫应答调节、炎症反应等生理和病理过程中起重要作用，IL-6、IL-8也属于衰老细胞相关的分泌表型。这些结果提示端粒缩短可能引起了肺组织的炎症反应，这种炎症反应可能参与了肺组织上皮细胞的衰老，这项研究成果已经接近发表阶段。

TGF-β家族蛋白为具有多重功能的细胞因子，如参与细胞生长、细胞与组织分化、发育、感染与免疫、组织修复等。激活的TGF-β/Smads信号通路已经被证明参与多个组织的纤维化，如肾纤维化、皮肤纤维化和肺纤维化。但张克雄和他的团队研究后发现，TGF-β/Smads信号通路的激活还可以引起肺AEC2细胞的衰老，提示肺损伤后肺上皮分泌的TGF-β1不仅促使肺纤维化的发生，还能促进肺组织中的细胞衰老，从而抑制了具干细胞特性的AEC2等细胞对肺损伤的修复，这种TGF-β/Smads信号的双重作用可能加速了肺纤维化的发生，这对认识肺衰老和特发性肺纤维化的分子作用机制有重要意义。这项研究成果已经接近发表阶段。

2.国际上首先发现了胚胎期骨骼系统中的细胞衰老现象

他们在国际上首先发现并鉴定了胚胎期骨骼系统内广泛的细胞衰老，其研究提示肥大软骨细胞在骨化过程中发生了细胞衰老，这可能是一个全新的概念。这项研究成果作为部分内容发表于2014年12月份的《临床实验药理学和生理学》杂志（Clinical and Experimental Pharmacology and Physiology）论文中，该论文登上了当期杂志的封面。对这项工作的进一步研究对认识胚胎期骨骼系统中细胞衰老的分子机制、功能、与其他类型细胞衰老的演化关系，以及骨发育及其相关疾病有重要意义。