追逐牙再生的夢想——劉怡教授

劉 怡

(首都醫科大學附屬北京口腔醫院 全牙再生與功能重建重點實驗室 組織再生與免疫學實驗室，北京 100050)

1 個人簡介

劉怡教授(圖1)于2006年獲得首都醫科大學口腔醫學博士學位，師從于口腔醫學著名專家王松靈院士，2008年赴美國南加州大學顱頜分子生物研究中心進行博士后培養，師從施松濤教授進行基于干細胞的組織工程研究。2013年任首都醫科大學附屬北京口腔醫院牙周科主任，中華口腔醫學會牙周病學和激光學專業委員會常務委員。2019年獲科技部萬人計劃，2018年獲科技部中青年領軍人才，2012年獲國家優秀青年科學基金資助。發表第一或通訊作者論文55篇，其中包括NatMed、CellStemCell在內的SCI論文23篇，總他引2 141次，單篇最高他引316次。主持國家自然科學基金重大項目子課題等國家及省部級科研項目十余項，申請專利1項。以第一完成人獲得北京醫學科技獎二等獎，中華醫學科技獎三等獎。參與項目獲國家科技進步二等獎，北京市科學技術一等獎。獲得2016口腔醫學科技創新人物，2017中國女醫師協會五洲女子科技獎。為OralDiseases等5本中英文雜志編委，參編口腔類中英文教材7本。

圖1 劉怡教授

2 主要學術貢獻

2.1 揭示宿主微環境免疫調控骨再生的機制，開創了基于宿主免疫調節促進組織工程再生效果的新方向

頜面組織再生一直是生物醫學領域研究的重要內容，干細胞介導的頜面組織工程是研究的重點方向。目前干細胞介導組織再生的效果不穩定，難以實現大面積組織缺損修復，主要原因是宿主微環境對干細胞功能的調控機制不清，使其臨床應用陷入瓶頸。

劉怡教授以調控宿主免疫為切入點，國際上首次在小鼠體內實現超大面積顱頂骨完全再生，從全新的角度闡明了Th1介導的宿主免疫反應在調控骨再生中的關鍵作用及分子機制，開創了基于宿主全身或局部免疫調節來促進組織工程再生效果的新的發展方向，并研發了便于臨床應用的阿司匹林藥物局部緩釋促進骨再生的有效方法(圖2)[1-11]。

圖2 開辟了基于免疫干預促進干細胞介導骨再生轉化醫學新方向

該研究結果以論著發表在國際權威雜志NatureMedicine[1]，文章被CellStemCell、NatureMedicine、Biomaterial等雜志正面引用182次，被F1000收錄。CellStemCell(IF=22.151)發表評論性論文，認為該文“創新性地揭示了在骨再生過程中宿主免疫系統控制植入細胞的機制；對了解骨相關疾病的病理機制和治療措施提供新的見解”；知名雜志MolecularTherapy(IF=7.1)在“Highlight Research”對該文給予高度評價，稱其“揭示了過去未知的關于T細胞在組織工程中的作用及在干細胞再生領域探索宿主免疫具有重要意義”；雜志InternationalJournalofBiochemistryandCellBiology(IF=4.89)也對于該研究給予高度評價，特邀劉怡教授在“關注醫學”(Medicine in Focus)欄目中撰寫綜述，詳細介紹基于免疫調節促進組織工程的創新性的方法及其未來的發展方向；同時美國國立口腔與顱面研究所(National Institute of Dental and Craniofacial Research，NIDCR)在其網頁的“Current Science News in Brief”專欄撰寫了題為“An Asiprin Please”的文章，詳細介紹了劉怡教授提出的局部應用阿司匹林進行免疫調節的新思路，對阿司匹林這一傳統藥的新應用前景給予肯定。

2.2 揭示微環境氣體分子影響干細胞功能的機制，開創了給予小劑量硫化氫(hydrogen sulfide，H2S)供體治療骨質疏松的新方法

在基于干細胞的組織工程修復再生中，維持干細胞的生理功能始終是研究的重點方向之一。細菌微生物及其引起的免疫環境是口腔組織工程中干細胞微環境的重要組成部分，直接影響組織再生的效果。其中細菌及其產物可以引起炎性反應及骨吸收，然而口腔細菌微生態是否像腸道細菌一樣參與維持口腔機體穩態，在口腔干細胞及組織再生方面是否發揮重要作用目前還是未知領域。

針對這一科學問題，劉怡教授在國際上首次發現厭氧菌的主要代謝產物硫化氫H2S氣體信號分子對維持骨髓間充質干細胞(bone marrow mesenchymal stem cells，BMMSCs)的生理功能和骨內環境穩態起重要作用，創新性地提出H2S作用于細胞的一種全新作用方式，即H2S通過引起具有相同化學結構的多鈣通道共同發生巰基化來影響細胞內外Ca2+的平衡，從而調控細胞功能(圖3)。

圖3 國際首次發現氣體信號分子H2S維持MSC的生理功能和機體穩態，發現H2S對細胞的全新作用方式——TRP多鈣離子通道巰基化

研究結果發表在CellStemCell(IF=22.151)[12]，被國際同行高度認可，且被美國哈佛大學的Hine教授正面引用，認為巰基化這種通過對蛋白分子構象的變化保護分子內或分子間的二硫鍵的方法，也是H2S改變蛋白及細胞功能的重要方式(ExpGerontol)；加拿大研究H2S專家Wang教授等在其綜述強調“作者提出的硫化氫作用的TRP多通道生物活性基團的新理念，為硫化物誘導信號轉導提供了一種新的分子機制”(OxidMedCellLongev)；曾獲得拉斯克基礎醫學獎的美國著名神經生物學家Snyder教授等將新發現的TRP鈣離子通道列為硫化氫對蛋白巰基化調節的新位點(TrendsBiochemSci, IF=7.81)。

劉怡教授進一步建立了通過給予小劑量的H2S供體治療骨質疏松的新方法，首次發現H2S除了在舒張血壓、促進記憶等功能外在骨代謝中的又一重要生理功能，研究成果得到了國際同行的高度引用和廣泛推廣[12-13]。Kamata教授進一步證明了H2S缺乏還可導致維生素D相關蛋白的降低，引起骨質疏松癥的發生(FEBSOpenBio)；意大利Lanza教授等借鑒該方法，通過給予小劑量的H2S供體并配合透析治療，減輕尿毒癥毒素對骨骼系統的破壞作用(PLoSOne)。

2.3 國際首次在大型動物上成功實現“生物牙根”，推動新再生策略的臨床轉化

為使干細胞介導的再生轉化醫學成為可能，在王松靈院士指導下，課題組首先提出生物牙根新理念，并首次在大型動物小型豬上獲得成功(圖4)。通過設計與牙根類似的支架材料，用生物反應器將牙周膜干細胞和根尖牙乳頭干細胞與支架材料復合，回植于小型豬頜骨內，形成外形似正常牙根，具有牙本質(牙骨質)/牙周膜樣結構的硬組織，并在此基礎上進行牙冠修復，達到修復牙齒缺失的目的[14]。該理念首次在大型動物上的成功實現，使“生物牙根”迅速成為牙齒再生領域中的新熱點。至今該文總引頻次為350次，其中被他人引用為307次。劉怡教授在該研究中所用的牙根形狀的支架材料也被收藏在美國牙科博物館(National Museum of Dentistry)，并在“The Future of Oral Health”專欄詳細描述了生物牙根在小型豬上取得的進展和成果，并將其作為未來牙齒再生的方向。

圖4 國際首次在大型動物上成功實現“生物牙根”，所用生物牙根支架材料被收藏在美國牙科博物館

2.4 牙周膜干細胞介導的牙周組織再生臨床前系列研究極大地推動了牙周轉化醫學的發展

牙周病等原因造成的牙周支持組織喪失是成年人牙齒脫落的首要原因，在牙周病早期，臨床主要采取骨引導、骨誘導及生長因子緩釋等技術促進牙槽骨再生。由于再生仍依賴于局部剩余干細胞的數量及功能，因此干細胞介導的牙周組織再生是最接近臨床應用的轉化醫學項目。

劉怡教授在國際上最早利用小型豬為臨床前大型實驗動物模型，利用小型豬自體牙周膜干細胞成功再生修復了牙周炎導致的牙周組織缺損[15]，為牙周組織缺損提供了新的生物性再生修復方法[16](圖5)。該成果發表于干細胞領域國際權威雜志StemCells(IF=7.741)[15]，論文發表后被國際牙周領域專業雜志JournalofPeriodontology、Periodontology2000、JournalofClinicalPeriodontology、JournalofPeriodontalResearch廣泛引用，SCI他引133次，是干細胞再生修復牙周缺損的開創性工作。并協助王松靈院士建立了利用牙源性干細胞再生牙周組織研究平臺和研究團隊，利用同種異體牙周膜干細胞及不同種類的牙源性間充質干細胞治療牙周骨缺損修復，獲創新性成果，為干細胞介導的牙周轉化醫學做出突出貢獻[17-29]。

圖5 利用人自體牙周膜干細胞成功再生修復了牙周炎導致的牙周組織缺損

該系列研究成果獲得國家科技進步二等獎；北京市科技進步一等獎；北京市優秀博士論文一等獎；首都醫科大學優秀博士論文一等獎；首屆中華口腔醫學會口腔優秀研究獎。基于在牙周再生研究的成績，劉怡教授獲得伊朗第10屆Royan國際干細胞及生物技術組一等獎。并受邀在2009美國Gordon研究大會(牙周病專題)做題為“基于牙周膜干細胞的牙周組織再生”的特邀演講。由于在口腔疾病模型上的經驗和貢獻，劉怡教授受邀參編由Peter A.McAnulty等主編的專著TheMinipiginBiomedicalResearch中的相關章節(Chapter:OralBiologyandDentalModels)。

劉怡教授在長達十余年堅持不懈的工作中，從小型豬的系列研究，到參與制定人牙源性干細胞庫的各種標準，最終到建立人牙源性干細胞庫，不僅對牙髓干細胞臨床新藥的研發進行了大量的臨床前及部分臨床試驗工作，而且協助首都醫科大學附屬北京口腔醫院成功獲批為國家第二批干細胞臨床實驗基地。劉怡教授在選擇口腔醫學之初便沒有止步于做一名工匠醫生，而是不停追尋更好的理念技術和解決方案，讓患者更有質量地生活，加上劉怡教授始終保有積極進取、勇于攻克難題的性格，這些年來，一項項科研碩果接踵而至。“一位好導師，一種質疑精神，一顆求知心”是劉怡教授總結其科研之路的心得，在此分享給不斷進取的醫學后輩們，與君共勉。