追逐牙再生的梦想——刘怡教授

刘 怡

(首都医科大学附属北京口腔医院 全牙再生与功能重建重点实验室 组织再生与免疫学实验室，北京 100050)

1 个人简介

刘怡教授(图1)于2006年获得首都医科大学口腔医学博士学位，师从于口腔医学著名专家王松灵院士，2008年赴美国南加州大学颅颌分子生物研究中心进行博士后培养，师从施松涛教授进行基于干细胞的组织工程研究。2013年任首都医科大学附属北京口腔医院牙周科主任，中华口腔医学会牙周病学和激光学专业委员会常务委员。2019年获科技部万人计划，2018年获科技部中青年领军人才，2012年获国家优秀青年科学基金资助。发表第一或通讯作者论文55篇，其中包括NatMed、CellStemCell在内的SCI论文23篇，总他引2 141次，单篇最高他引316次。主持国家自然科学基金重大项目子课题等国家及省部级科研项目十余项，申请专利1项。以第一完成人获得北京医学科技奖二等奖，中华医学科技奖三等奖。参与项目获国家科技进步二等奖，北京市科学技术一等奖。获得2016口腔医学科技创新人物，2017中国女医师协会五洲女子科技奖。为OralDiseases等5本中英文杂志编委，参编口腔类中英文教材7本。

图1 刘怡教授

2 主要学术贡献

2.1 揭示宿主微环境免疫调控骨再生的机制，开创了基于宿主免疫调节促进组织工程再生效果的新方向

颌面组织再生一直是生物医学领域研究的重要内容，干细胞介导的颌面组织工程是研究的重点方向。目前干细胞介导组织再生的效果不稳定，难以实现大面积组织缺损修复，主要原因是宿主微环境对干细胞功能的调控机制不清，使其临床应用陷入瓶颈。

刘怡教授以调控宿主免疫为切入点，国际上首次在小鼠体内实现超大面积颅顶骨完全再生，从全新的角度阐明了Th1介导的宿主免疫反应在调控骨再生中的关键作用及分子机制，开创了基于宿主全身或局部免疫调节来促进组织工程再生效果的新的发展方向，并研发了便于临床应用的阿司匹林药物局部缓释促进骨再生的有效方法(图2)[1-11]。

图2 开辟了基于免疫干预促进干细胞介导骨再生转化医学新方向

该研究结果以论著发表在国际权威杂志NatureMedicine[1]，文章被CellStemCell、NatureMedicine、Biomaterial等杂志正面引用182次，被F1000收录。CellStemCell(IF=22.151)发表评论性论文，认为该文“创新性地揭示了在骨再生过程中宿主免疫系统控制植入细胞的机制；对了解骨相关疾病的病理机制和治疗措施提供新的见解”；知名杂志MolecularTherapy(IF=7.1)在“Highlight Research”对该文给予高度评价，称其“揭示了过去未知的关于T细胞在组织工程中的作用及在干细胞再生领域探索宿主免疫具有重要意义”；杂志InternationalJournalofBiochemistryandCellBiology(IF=4.89)也对于该研究给予高度评价，特邀刘怡教授在“关注医学”(Medicine in Focus)栏目中撰写综述，详细介绍基于免疫调节促进组织工程的创新性的方法及其未来的发展方向；同时美国国立口腔与颅面研究所(National Institute of Dental and Craniofacial Research，NIDCR)在其网页的“Current Science News in Brief”专栏撰写了题为“An Asiprin Please”的文章，详细介绍了刘怡教授提出的局部应用阿司匹林进行免疫调节的新思路，对阿司匹林这一传统药的新应用前景给予肯定。

2.2 揭示微环境气体分子影响干细胞功能的机制，开创了给予小剂量硫化氢(hydrogen sulfide，H2S)供体治疗骨质疏松的新方法

在基于干细胞的组织工程修复再生中，维持干细胞的生理功能始终是研究的重点方向之一。细菌微生物及其引起的免疫环境是口腔组织工程中干细胞微环境的重要组成部分，直接影响组织再生的效果。其中细菌及其产物可以引起炎性反应及骨吸收，然而口腔细菌微生态是否像肠道细菌一样参与维持口腔机体稳态，在口腔干细胞及组织再生方面是否发挥重要作用目前还是未知领域。

针对这一科学问题，刘怡教授在国际上首次发现厌氧菌的主要代谢产物硫化氢H2S气体信号分子对维持骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells，BMMSCs)的生理功能和骨内环境稳态起重要作用，创新性地提出H2S作用于细胞的一种全新作用方式，即H2S通过引起具有相同化学结构的多钙通道共同发生巯基化来影响细胞内外Ca2+的平衡，从而调控细胞功能(图3)。

图3 国际首次发现气体信号分子H2S维持MSC的生理功能和机体稳态，发现H2S对细胞的全新作用方式——TRP多钙离子通道巯基化

研究结果发表在CellStemCell(IF=22.151)[12]，被国际同行高度认可，且被美国哈佛大学的Hine教授正面引用，认为巯基化这种通过对蛋白分子构象的变化保护分子内或分子间的二硫键的方法，也是H2S改变蛋白及细胞功能的重要方式(ExpGerontol)；加拿大研究H2S专家Wang教授等在其综述强调“作者提出的硫化氢作用的TRP多通道生物活性基团的新理念，为硫化物诱导信号转导提供了一种新的分子机制”(OxidMedCellLongev)；曾获得拉斯克基础医学奖的美国著名神经生物学家Snyder教授等将新发现的TRP钙离子通道列为硫化氢对蛋白巯基化调节的新位点(TrendsBiochemSci, IF=7.81)。

刘怡教授进一步建立了通过给予小剂量的H2S供体治疗骨质疏松的新方法，首次发现H2S除了在舒张血压、促进记忆等功能外在骨代谢中的又一重要生理功能，研究成果得到了国际同行的高度引用和广泛推广[12-13]。Kamata教授进一步证明了H2S缺乏还可导致维生素D相关蛋白的降低，引起骨质疏松症的发生(FEBSOpenBio)；意大利Lanza教授等借鉴该方法，通过给予小剂量的H2S供体并配合透析治疗，减轻尿毒症毒素对骨骼系统的破坏作用(PLoSOne)。

2.3 国际首次在大型动物上成功实现“生物牙根”，推动新再生策略的临床转化

为使干细胞介导的再生转化医学成为可能，在王松灵院士指导下，课题组首先提出生物牙根新理念，并首次在大型动物小型猪上获得成功(图4)。通过设计与牙根类似的支架材料，用生物反应器将牙周膜干细胞和根尖牙乳头干细胞与支架材料复合，回植于小型猪颌骨内，形成外形似正常牙根，具有牙本质(牙骨质)/牙周膜样结构的硬组织，并在此基础上进行牙冠修复，达到修复牙齿缺失的目的[14]。该理念首次在大型动物上的成功实现，使“生物牙根”迅速成为牙齿再生领域中的新热点。至今该文总引频次为350次，其中被他人引用为307次。刘怡教授在该研究中所用的牙根形状的支架材料也被收藏在美国牙科博物馆(National Museum of Dentistry)，并在“The Future of Oral Health”专栏详细描述了生物牙根在小型猪上取得的进展和成果，并将其作为未来牙齿再生的方向。

图4 国际首次在大型动物上成功实现“生物牙根”，所用生物牙根支架材料被收藏在美国牙科博物馆

2.4 牙周膜干细胞介导的牙周组织再生临床前系列研究极大地推动了牙周转化医学的发展

牙周病等原因造成的牙周支持组织丧失是成年人牙齿脱落的首要原因，在牙周病早期，临床主要采取骨引导、骨诱导及生长因子缓释等技术促进牙槽骨再生。由于再生仍依赖于局部剩余干细胞的数量及功能，因此干细胞介导的牙周组织再生是最接近临床应用的转化医学项目。

刘怡教授在国际上最早利用小型猪为临床前大型实验动物模型，利用小型猪自体牙周膜干细胞成功再生修复了牙周炎导致的牙周组织缺损[15]，为牙周组织缺损提供了新的生物性再生修复方法[16](图5)。该成果发表于干细胞领域国际权威杂志StemCells(IF=7.741)[15]，论文发表后被国际牙周领域专业杂志JournalofPeriodontology、Periodontology2000、JournalofClinicalPeriodontology、JournalofPeriodontalResearch广泛引用，SCI他引133次，是干细胞再生修复牙周缺损的开创性工作。并协助王松灵院士建立了利用牙源性干细胞再生牙周组织研究平台和研究团队，利用同种异体牙周膜干细胞及不同种类的牙源性间充质干细胞治疗牙周骨缺损修复，获创新性成果，为干细胞介导的牙周转化医学做出突出贡献[17-29]。

图5 利用人自体牙周膜干细胞成功再生修复了牙周炎导致的牙周组织缺损

该系列研究成果获得国家科技进步二等奖；北京市科技进步一等奖；北京市优秀博士论文一等奖；首都医科大学优秀博士论文一等奖；首届中华口腔医学会口腔优秀研究奖。基于在牙周再生研究的成绩，刘怡教授获得伊朗第10届Royan国际干细胞及生物技术组一等奖。并受邀在2009美国Gordon研究大会(牙周病专题)做题为“基于牙周膜干细胞的牙周组织再生”的特邀演讲。由于在口腔疾病模型上的经验和贡献，刘怡教授受邀参编由Peter A.McAnulty等主编的专著TheMinipiginBiomedicalResearch中的相关章节(Chapter:OralBiologyandDentalModels)。

刘怡教授在长达十余年坚持不懈的工作中，从小型猪的系列研究，到参与制定人牙源性干细胞库的各种标准，最终到建立人牙源性干细胞库，不仅对牙髓干细胞临床新药的研发进行了大量的临床前及部分临床试验工作，而且协助首都医科大学附属北京口腔医院成功获批为国家第二批干细胞临床实验基地。刘怡教授在选择口腔医学之初便没有止步于做一名工匠医生，而是不停追寻更好的理念技术和解决方案，让患者更有质量地生活，加上刘怡教授始终保有积极进取、勇于攻克难题的性格，这些年来，一项项科研硕果接踵而至。“一位好导师，一种质疑精神，一颗求知心”是刘怡教授总结其科研之路的心得，在此分享给不断进取的医学后辈们，与君共勉。