生命科學與生物技術研究進展 2010（下半年）

趙貴英，張樹庸

2010 年下半年生命科學與生物技術研究領域日新月異，新技術、新方法、新成果層出不窮。美國《科學》雜志評出了 2010 年十大科學突破，其中生命科學就占了八項，這足以說明生命科學研究的發展速度。

⑴合成生物學：在生物學和生物技術的一個決定性時刻，研究人員組合了一個合成基因組，并用它轉變了一種細菌的身份特性。合成基因組取代了細菌的核糖核酸，導致其生產出一組新的蛋白質。該研究成就促使美國國會召開了關于合成生物學的聽證會。研究人員預計，未來量身定制的合成基因組可用來產生生物燃料、醫藥品或其他有用的化學制品。

⑵尼安德特人基因組：研究人員完成了尼安德特人基因組測序，基因組取自 3.8 萬年至 4.4 萬年前曾經生活在克羅地亞的 3 名女性尼安德特人的骨頭。他們采用了對核糖核酸（DNA）降解片段進行測序的新方法，并首次對現代人的基因組與尼安德特人組進行了直接比較。

⑶艾滋病病毒預防：對兩種新穎預防艾滋病病毒方法進行的試驗取得了不容置疑的成功：一種是含有抗艾滋病病毒藥物泰諾福韋（tenofovir）的陰道凝膠，它可使女性被感染率減少 39%；另一種為口服藥物前接觸預防法，其讓一組男子以及與男性有性關系的變性女子（出生時為男性）感染艾滋病病毒的幾率減少了 43.8%。

⑷外顯子組測序/罕見疾病基因：對于研究因單一有缺陷基因導致罕見遺傳性疾病的研究人員而言，僅對某一基因組中的外顯子（即基因組中擔當蛋白質編碼的極小部分）進行測序，就能發現特殊的、至少造成 12 種疾病的基因突變。

⑸分子動力學模擬：模擬蛋白質在折疊時產出的旋轉始終是一個組合噩夢。如今，借助世界上強大的計算機能力，研究人員能跟蹤微小的正在折疊的蛋白質中原子運動，跟蹤時間比過去任何方法都要長 100 倍。

⑹下一代基因組學：更快速更廉價的測序技術使人們能夠以極大的規模研究古代和現代核糖核酸。以“千人基因組計劃”為例，其發現了眾多導致我們人類獨一無二的基因組變異，而其他正在進行中的計劃將揭示更多的基因組功能。

⑺核糖核酸重編程：重新編程細胞（即將細胞的發育時鐘回撥，使其表現如同胚胎中的非特化“干細胞”）已經成為一種研究疾病和發展的標準實驗室技術。今年，研究人員找到了用合成核糖核酸實現細胞重編程的方法。與以往的方法相比，新技術的速度要快 2 倍，功效要高 100 倍，并在治療應用上可望更為安全。

⑻大鼠的回歸：小鼠在實驗室動物世界占有統治地位。然而鑒于許多的用途，研究人員更愿意用大鼠。因為大鼠更容易用來做實驗，且從解剖學的角度上講與人類更加相似。不過，大鼠存在著重大缺陷，用以制造“基因剔除小鼠”（即通過精確地關閉特定基因而專門用于研究的小鼠）的方法在大鼠中無效。然而，今年有一系列的研究承諾會給實驗室帶來大批“基因剔除大鼠”。

在以上八項突破中，中國“華大基因”參與了其中兩項工作，足以說明中國的生命科學研究已躋入世界前沿，下面主要介紹一下我國 2010 年下半年生命科學與生物技術研究進展。

⑴我科學家發現“蛋白尿促進腎小管細胞凋亡”機制 ——致腎小管細胞死亡的“兇手”有望被降伏

蛋白激酶 C-delta 是一種與惡性腫瘤轉移相關的蛋白質。它的功能就像“司令官”一樣，可以調控下游蛋白質作用機制的發揮。武漢大學中南醫院腎病內科醫師李曉寧團隊研究發現，蛋白激酶 C-delta 在蛋白尿中表達升高，是尿蛋白誘導腎小管細胞死亡的“兇手”。如果抑制住蛋白激酶C-delta 在蛋白尿動物腎臟中的表達，就可以成功抑制蛋白尿誘導的腎小管損傷。

李曉寧以第一作者撰寫的論文《蛋白激酶 C-delta 促進蛋白尿相關的腎小管細胞凋亡》于 2010 年 7 月 1 日在國際腎臟學界最權威的學術刊物《美國腎臟病學會雜志》上發表，該雜志還專門配發了近 2000 字的綜述。

過去醫學界認為，蛋白尿是腎臟病變產生的結果；而后由于發現蛋白尿患者腎臟纖維化加速，醫學界又據此懷疑尿蛋白不僅是腎臟病變的結果，還有可能是腎臟病變的“元兇”，但一直未能找到直接證據。

李曉寧及其研究小組發現，腎病水平的蛋白尿可以在體內和體外誘導腎小管細胞凋亡，并發現了細胞凋亡的早、晚期特征性事件等，從而分別從細胞水平、亞細胞水平、DNA水平和蛋白質水平證實了白蛋白對腎小管細胞的直接毒性作用。研究小組還發現蛋白激酶 C-delta 在蛋白尿實驗模型中表達升高會促進白蛋白誘導腎小管細胞死亡，表明蛋白激酶 C-delta 是誘導腎小管細胞死亡的“兇手”之一。為了找到治療手段，李曉寧等研究人員分別用化學藥物和基因轉染的方法，成功抑制了蛋白尿誘導的腎小管損傷。

專家表示，這一研究發現為腎臟疾病的臨床治療和藥物開發提供了靶點。

⑵細胞中“宅男宅女”是傳遞“信號”大使——我科學家揭示生物系統內全新的信息傳遞機制

一直被科學家當做“宅男宅女”的 miRNA，最近卻在研究中發現它們被賦予了比傳統激素、細胞因子等信號蛋白更加高效、強勁的信息傳遞功能，即 miRNA 能夠被一種細胞分泌出來后，經血液循環被運輸到另外一種受體細胞內，通過降低其相應靶基因的翻譯，從而調節受體細胞的功能。在 2010 年 7 月 9 日出版的《分子細胞》期刊上，南京大學發表的一篇研究論文將幫助人類更好地理解生物系統內信息傳遞的本質規律，揭示疾病發生發展的新機制，并發展出新的治療策略與方法。

miRNA 是一類動植物細胞內自然產生的非編碼小RNA。以前，科學家一直認為 miRNA 是一類喜歡“宅”的分子，從“出生”起，一輩子就在一個細胞中活動?？墒?，南京大學生命科學院教授張辰宇、曾科和同事們卻在研究一種編號為 miRNA150 的微小 RNA 時，發現免疫系統中的單核/巨噬細胞在受到某種刺激后，會增加制造出miRNA150，并釋放到循環的血液里，順血流鉆入內皮細胞中，刺激內皮細胞遷移。

以激素/細胞因子—受體及抗原—抗體等為代表的已知傳統的細胞間信號傳遞方式，通常發生在特定種類的細胞，并且一般只有一個或數個分子直接作用。因而，這種通信方式是“單通道”的。而所有類型的細胞都具有分泌與接受miRNA 的能力，并且在特定的生理與病理生理條件下，細胞可一次性分泌多種 miRNA，在靶細胞中更能調節多個基因的翻譯，所以，miRNA 的信號傳遞方式是“雙通道”或“多通道”的。

張辰宇說，糖尿病、紅斑狼瘡等在目前看來發生機制尚不明確的病癥，在將來卻有可能通過切斷細胞間信號傳遞通道等方式進行防治。

⑶我國學者發現長壽基因——可望解開“長命百歲”之謎

北京大學分子醫學研究所人類群體遺傳研究室田小利教授與北京大學國家發展研究院健康老齡與發展研究中心曾毅教授聯合研究組發現，名為 FOXO1A 和 FOXO3A 的兩個基因與長壽相關，其中前者與我國女性的長壽相關，后者則沒有性別差異。

健康長壽是每一個人的夢想，但影響健康長壽的因素很多，包括性別、生活習慣、生活環境和遺傳及其相互作用等。在年齡大于 85 歲的人群中女性約占 70% ～ 85%，而男性僅為 15% ～ 30%。盡管女性的長壽優勢可見于已經報道的所有人種，但原因尚不明確。田小利和曾毅聯合研究組首次發現 FOXO1A 基因與女性的長壽相關，而與男性關系不顯著，將有助于解釋女性長壽之謎。FOXO3A 基因曾報道與其他的人群（如日本人、美國人、德國人和意大利人等）的長壽相關。FOXO1A 和 FOXO3A 是胰島素或胰島素樣生長因子介導的下游信號通路分子，與細胞周期、生長、凋亡以及血管新生等有密切關系。在代謝方面，它們的主要功能是平衡胰島素的敏感性和抗性，參與癌癥、自身免疫病以及心血管疾病如缺血性心臟病、心肌肥大等。

田小利等推測 FOXO3A 可能通過調節胰島素抗性和長壽相關，而 FOXO1A 則除調節胰島素抗性外可能還通過與女性生殖系統的相互作用而影響人的壽命。研究人員通過比較分析了 1000 個百歲老人和 1000 多個年輕人的FOXO1A 及 FOXO3A 基因型，得出了這兩個基因與長壽相關的結論。

⑷我科學家發現兩個食管癌易感基因

我國科學家發現了兩個食管癌易感基因，由此形成的科研成果為食管癌高危人群預警和個體化防治開辟了新的研究方向。這一食管癌全基因組關聯分析研究成果，2010 年 8月 23 日在國際學術期刊《自然—遺傳學》上在線發表。

河南省新鄉醫學院癌癥研究中心主任、特聘教授王立東領銜的由 17 個省市 50 家科研機構 268 位學者組成的科研團隊，在人類的第 10 號和第 20 號染色體上首次發現了這兩個易感基因，即 PLCE1（磷脂酶 Ce1）和 C20orf54（核黃素轉運基因），可以極大地提高高危人群的檢出率。

肉類和蔬菜等膳食中所蘊含的核黃素，本來可以維護人類表皮的完整性，調控細胞的增生。但是在食管癌患者中，由于環境和遺傳等原因，導致一些基因的“大門”被關閉，核黃素從細胞外轉入細胞內的渠道不通，致使一些患者雖然同樣大量進食含核黃素的食物或藥物，但不能有效地轉入細胞內，也就無法起到治療作用。針對這一情況，王立東和他的研究團隊設計了一個有利于基因表達的產物蛋白質，來抑制另外一個蛋白質的表達，并與它中和，這一過程可以借助胃鏡下進行瘤體注射來完成。這就是基因治療。

王立東說，基因診斷更便捷，對于患者，檢查成本也將十分低廉。只需在人的身上抽一滴血，用事先設置在常規醫療設備磁珠上的食管癌易感基因進行檢測，如果導致這些易感基因的顏色發生改變，就證明這個人很可能是食管癌易感者或高發者，其發病幾率是正常人的 50 倍。采用此法檢驗后，可用目前常用的食管鏡、CT、320π 等手段進一步確診。

⑸我科學家發現人體內導致肝癌的易感基因

中科院院士賀福初領銜的蛋白質組學國家重點實驗室在肝癌研究領域又有重大發現。該實驗室功能基因組學課題組在周鋼橋研究員的帶領下，與國內多家單位合作，在人類染色體的特殊位置發現了一個容易導致肝癌的易感基因區域。這一重大發現不但有助于科學家們深入解析肝癌的發病機制，而且為肝癌的風險預測、早期預防和個體化治療以及新型高效藥物的篩選提供了理論依據和生物靶標?！蹲匀?遺傳學》在線發表了這一原創性研究成果。

我國是肝癌高發國家，每年新發病例 30 萬。為找到并確認容易導致肝癌的遺傳易感基因，周鋼橋課題組聯合南京醫科大學、中國醫學科學院腫瘤研究所、復旦大學、中山大學腫瘤醫院、廣西腫瘤醫院等 10 多家單位的 100 余位科研人員，在國內 5 個肝癌高發區收集了 4500 多名肝癌病例和對照個體，運用全基因組關聯分析方法，在全基因組范圍內進行了系統的篩選和實驗驗證。經過潛心研究，他們在人體第 1 號染色體的一個特殊位置發現了一個由多個基因組成的區域，這個區域是容易導致肝癌的“罪魁禍首”。據課題組成員、軍事醫學科學院放射與輻射醫學研究所博士張紅星介紹，如果該區域的基因發生了變異，人類患有肝癌的風險系數就會大大增加。

賀福初介紹說，該研究是國際上首次基于大規模人群和全基因組水平的肝癌易感基因的篩查研究，所使用的全基因組關聯研究技術是目前全球科學界公認的行之有效的拉網式搜尋重大疾病易感基因的研究方法。蛋白質組學國家重點實驗室長期致力于包括肝癌在內的多種肝病的易感基因及其致病機制的研究，過去 10 年間已經在乙型肝炎病毒感染的慢性化和重癥化等關鍵環節找到了易感基因。

⑹我科學家發現三個反常性痤瘡致病基因

《科學》雜志發表了中國醫學科學院張學、沈巖和王寶璽 3 人合作的科研成果。他們發現，伽馬—分泌酶亞單位的 PSEN1、PSENEN 和 NCSTN 3 個基因發生突變，都會導致常染色體顯性家族性反常性痤瘡。這一重大發現闡明了反常性痤瘡的遺傳基礎，揭示了該病發生的分子機制，同時也表明看似不相關聯的早發家族性老年性癡呆（Alzheimer）和家族性反常性痤瘡，可由同一基因的不同類型突變引起。

同期《科學》還發了哈佛醫學院兩位 Alzheimer 病專家撰寫的專題評論。專家們特別關注張學等的發現對Alzheimer 病發病分子機制、Alzheimer 病動物模型建立以及伽馬—分泌酶抑制劑治療 Alzheimer 病臨床試驗中的副作用等問題的影響。

反常性痤瘡是嚴重的皮膚病之一。2004 年開始，時任北京協和醫院皮膚科主任的王寶璽先后與中國醫學科學院基礎醫學研究所的沈巖院士、張學教授合作，利用 2 個大家系定位了 1 個新的反常性痤瘡致病基因位點，將關鍵區域限定；再采用基因測序等分子遺傳學方法在 6 個反常性痤瘡家系中都找到了致病突變。除 2 個大家系中有PSENEN 基因突變外，1 個家系中發生 PSEN1 基因突變，3 個家系含 NCSTN 基因突變。其中 PSEN1 就是早發家族性 Alzheimer 病的主要致病基因。非常有趣的是，導致反常性痤瘡的基因突變，都是移碼突變或無義突變或剪接突變等引起基因功能丟失的改變；而改變單個氨基酸的錯義突變，則是早發家族性 Alzheimer 病的主要致病突變。伽馬—分泌酶亞單位基因突變的發現，揭示了家族性反常性痤瘡發病的分子路徑，也為研發有效治療藥物提供了正確的靶點。

⑺我學者首次揭示心房顫動發生新“奧秘”——為心臟領域的生物醫藥創新研發奠定基礎

由哈爾濱醫科大學“重大心臟疾病基礎研究”973 項目首席科學家楊寶峰院士領銜的科研團隊，于 2010 年 12 月在國際上首次發現臨床最為常見的心律失常類型——心房顫動發生的新機制及微小核苷酸-328 調控心房顫動的發生。這一發現發表在國際心血管領域權威雜志《循環》上。

課題組發現心房顫動的患者微小核苷酸-328 顯著升高，且升高程度與發病程度密切相關。為揭開微小核苷酸-328 在房顫中的“奧秘”，楊寶峰及課題組成員聯手攻關，在國際上首次建立起心臟特定微小核苷酸（1，26，28 亞型）過表達轉基因鼠和微小核苷酸功能敲減小鼠（328 亞型），發現微小核苷酸-328 的過表達能誘發出小鼠的心房顫動，而微小核苷酸-328 功能敲減小鼠或給予腺病毒轉染的微小核苷酸-328 反義寡核苷酸，則可減輕房顫的發生。

為進一步揭秘微小核苷酸-328 升高誘發心房顫動的靶點，課題組運用多種實驗證明，微小核苷酸-328 使編碼鈣通道的兩個基因 CACNA1C 和 CACNB1 蛋白表達，且 L型鈣電流大小也隨之顯著降低。相反，抑制微小核苷酸-328可減少房顫的發生。課題組通過大量離體、在體動物的實驗和臨床觀察，最終確定微小核苷酸-328 為心房顫動發生的關鍵調控分子，首次從微小核苷酸領域這一分子水平上解讀心房顫動的發生機制，由此鎖定了一個可以治療房顫的新靶點，對心房顫動的診治有著重大意義，為心臟疾病領域的生物醫藥產業的創新研發奠定了基礎。

綜上所述，可以看出我國生命科學、生物技術研究成果與日俱增，這將為人類疾病診斷、治療方法奠定很好基礎，為新藥研發開辟了廣闊前景。