顛覆傳統(tǒng)認(rèn)知 破解生命密碼
——記南京大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師陳熹

肖貞林

早在20世紀(jì)七八十年代就曾有人預(yù)言，21世紀(jì)是屬于生命科學(xué)的世紀(jì)，誰掌握了生命科學(xué)，誰就主宰了人類的未來命運(yùn)。這句話引領(lǐng)著無數(shù)英才走上了探索人類基因密碼的科研道路，40歲的南京大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師陳熹正是其中之一。

歷經(jīng)18年系統(tǒng)性研究，陳熹及其導(dǎo)師張辰宇教授以微小核糖核酸（microRNA，簡稱miRNA）特別是細(xì)胞外miRNA為研究對(duì)象，破解了生命科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)又一個(gè)前沿難題。他發(fā)現(xiàn)了miRNA在細(xì)胞外的“超穩(wěn)定性”，通過鑒定一系列重大疾病的循環(huán)miRNA指紋圖譜，為許多臨床上長期以來的診斷難題提供了新的解決方案。一系列的成果不僅揭示了循環(huán)miRNA的特異性變化模式和高度穩(wěn)定性，也確立了循環(huán)miRNA作為新型疾病標(biāo)志物的應(yīng)用價(jià)值。近5年來，他通過探索miRNA穩(wěn)定的分子基礎(chǔ)及其跨越空間平行傳遞的分子機(jī)制，致力于發(fā)展基于miRNA超穩(wěn)定性的分子診斷技術(shù)方法和疾病治療新策略。

作為南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院年輕教授、博師生導(dǎo)師中的佼佼者，陳熹沿承其導(dǎo)師張辰宇教授的“科研育人”理念和“科研報(bào)國”精神，致力于為國家培養(yǎng)生命科學(xué)領(lǐng)域的高層次創(chuàng)新人才。他說，在關(guān)鍵時(shí)刻響應(yīng)國家的召喚，是生命科學(xué)研究者的使命所在。

一鳴驚人揭示細(xì)胞內(nèi)miRNA的生物學(xué)作用

早在高中時(shí)期，陳熹就喜歡從書本上獲取關(guān)于生命科學(xué)的知識(shí)，甚至動(dòng)手研究、實(shí)驗(yàn)關(guān)于生物學(xué)的一些奇妙現(xiàn)象。“21世紀(jì)是生物科學(xué)的世紀(jì)”成為他心中很早就樹立的信念，冥冥之中引導(dǎo)他走上生命科學(xué)的探究之路。由于成績優(yōu)異，他如愿以償?shù)乜既肓藝鴥?nèi)生物化學(xué)學(xué)科排名前列的南京大學(xué)。進(jìn)入南京大學(xué)后，陳熹對(duì)生物學(xué)的熱愛更是一發(fā)不可收，本科、碩士、博士……陳熹不斷向前攀登。十年求學(xué)生涯，讓他的命運(yùn)與生命科學(xué)緊密地聯(lián)系在一起。

陳熹和其指導(dǎo)的本科生在2013年獲得國際遺傳工程機(jī)器大賽（iGEM）金牌

從2004年開始的碩士、博士研究生階段，包括此后從事教學(xué)和科研的十多年時(shí)間里，陳熹一直專注研究的領(lǐng)域是一項(xiàng)注定要打破傳統(tǒng)認(rèn)知意義的基礎(chǔ)研究——揭秘RNA分子的基因密碼。

在生物科學(xué)經(jīng)典的中心法則中，DNA是遺傳信息的載體，蛋白質(zhì)行使具體功能，RNA的作用僅僅是DNA到蛋白質(zhì)之間的媒介。但隨著近代生物學(xué)的發(fā)展，到21世紀(jì)初，人們對(duì)RNA在生命進(jìn)程中扮演的角色重新進(jìn)行了定義，發(fā)現(xiàn)人體內(nèi)存在數(shù)量龐大、功能繁復(fù)的非編碼RNA分子。這些RNA分子廣泛參與生物學(xué)過程的調(diào)控與調(diào)節(jié)，發(fā)揮著不可或缺的功能和作用。作為RNA家族的其中一員，miRNA是一種長約22個(gè)核苷酸的小分子單鏈非編碼RNA，在轉(zhuǎn)錄后水平對(duì)基因表達(dá)進(jìn)行調(diào)控，廣泛參與機(jī)體的各種生理和病理過程。

在導(dǎo)師張辰宇教授帶領(lǐng)下，陳熹成為國內(nèi)最早的miRNA分子研究者之一，整個(gè)研究生階段，他不分寒暑地泡在實(shí)驗(yàn)室里，長期研究細(xì)胞內(nèi)miRNA的生物學(xué)功能。

不鳴則已，一鳴驚人。陳熹在miRNA研究領(lǐng)域堅(jiān)持不懈的努力最終沒有白費(fèi)。經(jīng)過多年努力，他開發(fā)出了miRNA的檢測分析新技術(shù)和功能鑒定新方法，搭建了系統(tǒng)研究miRNA的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)而陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一系列miRNA及其靶基因構(gòu)成的分子調(diào)控通路，這在一定程度上揭示了miRNA在生理和病理過程中的功能及作用機(jī)制。博士畢業(yè)前，陳熹陸續(xù)在《生物化學(xué)雜志》（J Biol Chem）、《基因組生物學(xué)》（Genome Biol）、《癌基因》（Oncogene）等期刊發(fā)表論文。

不斷取得的創(chuàng)新成果，讓陳熹與諸多國際同行一道，站在了更多前沿課題的面前。這些研究經(jīng)驗(yàn)的積累和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的磨煉，為此后發(fā)現(xiàn)細(xì)胞外miRNA的超穩(wěn)定性打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

打破認(rèn)知發(fā)現(xiàn)循環(huán)miRNA分子指紋

傳統(tǒng)生化概念認(rèn)為，RNA會(huì)被細(xì)胞外廣泛存在的RNA酶迅速降解成無功能的碎片。學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)定RNA是不穩(wěn)定的，也不可能在充滿RNA酶的細(xì)胞外環(huán)境存在，學(xué)術(shù)界的研究也多聚焦于細(xì)胞內(nèi)的RNA及其作用。

陳熹打破了這一傳統(tǒng)認(rèn)知。他通過細(xì)致分析正常人和腫瘤、糖尿病患者的血清miRNA表達(dá)譜，發(fā)現(xiàn)血清中的循環(huán)miRNA在疾病狀態(tài)下出現(xiàn)特異性變化，其組合能反映患者疾病的特征和發(fā)展階段。這項(xiàng)研究突破了“RNA在細(xì)胞外環(huán)境不穩(wěn)定、易降解”的傳統(tǒng)概念，揭示了循環(huán)miRNA作為新型疾病標(biāo)志物的應(yīng)用潛力。“這意味著，通過檢測血漿、血清中的miRNA就可以診斷疾病，或?qū)υ\療效果進(jìn)行評(píng)估。”陳熹說。

2008年，此成果發(fā)表在《細(xì)胞研究》（Cell Research）上，研究領(lǐng)域內(nèi)的權(quán)威弗蘭克·斯萊克（Frank Slack）教授同步在期刊中做了專題評(píng)述，指出“血清miRNA有望作為不同疾病的檢測印記，具有巨大的臨床應(yīng)用價(jià)值”。國際學(xué)術(shù)界也紛紛給予高度評(píng)價(jià)，《自然綜述：藥物發(fā)現(xiàn)》（Nature Reviews Drug Discovery）發(fā)表的綜述重點(diǎn)引用和評(píng)價(jià)了這一發(fā)現(xiàn)，認(rèn)為“循環(huán)miRNA之所以能成為生物標(biāo)志物，主要依賴于其高度的穩(wěn)定性，以及對(duì)于儲(chǔ)存和操作過程中可能損害的抗性，因此循環(huán)miRNA可以為多種疾病提供分子指紋”。《自然綜述:臨床腫瘤學(xué)》（Nature Reviews Clinical Oncology）的綜述則認(rèn)為，陳熹的研究成果“是一項(xiàng)系統(tǒng)而全面的研究，其結(jié)果提示腫瘤特異的血清miRNA不僅僅來源于血細(xì)胞，也來自于癌細(xì)胞”。

在此之后的多年里，這篇論文被他引3296次，連續(xù)10年入選ESI全球Top1%高被引論文，并被寫入牛津大學(xué)出版社系列教科書、科學(xué)出版社《基因組學(xué)》等國內(nèi)外教科書。

檢驗(yàn)基礎(chǔ)科學(xué)研究的最好方式，是成果的轉(zhuǎn)化應(yīng)用。在傳統(tǒng)生物技術(shù)的基礎(chǔ)上，陳熹建立了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的循環(huán)miRNA檢測策略。這一策略克服了低豐度的循環(huán)miRNA難提取、難鑒定、難檢測、難定量的技術(shù)問題。他發(fā)現(xiàn)，miRNA可以廣泛分布于血清、血漿、乳汁、精漿等多種體液，據(jù)此鑒定了一系列重大疾病的循環(huán)miRNA表達(dá)譜，并發(fā)現(xiàn)循環(huán)miRNA分子指紋比傳統(tǒng)蛋白標(biāo)志物更加靈敏、特異。

在一系列成果的支撐下，陳熹還參與研制了國際首例以血清miRNA為生物標(biāo)志物的產(chǎn)品——胰腺癌血清miRNA診斷試劑盒，臨床試驗(yàn)顯示準(zhǔn)確率達(dá)88%，獲得了國家三類醫(yī)療器械注冊證，相關(guān)成果“血清miRNA生物標(biāo)志物的鑒定及診斷試劑盒研發(fā)”獲高等學(xué)校科學(xué)研究優(yōu)秀成果獎(jiǎng)技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。作為負(fù)責(zé)人，陳熹主導(dǎo)的項(xiàng)目“胃癌血清miRNA早期精準(zhǔn)診斷技術(shù)”也獲得了中國江蘇創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽一等獎(jiǎng)。

在基礎(chǔ)研究方向，陳熹圍繞著循環(huán)miRNA的穩(wěn)定機(jī)制和生物功能等問題進(jìn)一步展開研究，發(fā)現(xiàn)了血液循環(huán)中的miRNA主要存在于細(xì)胞外囊泡中，這些囊泡隔絕了RNA酶對(duì)miRNA的不利作用，使細(xì)胞分泌的miRNA在體內(nèi)穩(wěn)定循環(huán)；同時(shí)，細(xì)胞外囊泡包裹的miRNA能進(jìn)入靶細(xì)胞調(diào)控靶細(xì)胞功能，因此分泌miRNA成為一種新型的介導(dǎo)細(xì)胞間通信交流的媒介。

前沿探索揭示miRNA介導(dǎo)的代際遺傳現(xiàn)象

在研究過程中，一個(gè)重要疑問擺在了陳熹面前：既然miRNA具有超穩(wěn)定性，能夠跨越細(xì)胞屏障在機(jī)體內(nèi)傳輸，這是否意味著，miRNA的作用范疇能夠更進(jìn)一步跨越代際的隔閡發(fā)揮表觀遺傳調(diào)控作用？假如這一設(shè)想成立，生殖細(xì)胞內(nèi)的miRNA可能就成為基本的“代際表觀遺傳因子”，其可能介導(dǎo)了表觀遺傳信息的存儲(chǔ)、傳遞和轉(zhuǎn)化，調(diào)控了親本和子代之間的遺傳信息交流。

“代際表觀遺傳”是指在不改變DNA序列的前提下將某種遺傳性狀由一代傳遞到下一代的現(xiàn)象。隨著遺傳學(xué)研究領(lǐng)域的發(fā)展，“以DNA為遺傳信息載體”的經(jīng)典遺傳學(xué)并不能全面地闡釋所觀察到的遺傳學(xué)現(xiàn)象。作為遺傳學(xué)研究的新興領(lǐng)域，代際表觀遺傳越來越受到研究者的重視。

陳熹和團(tuán)隊(duì)著眼于抑郁癥等性狀的代際遺傳，以小鼠為模型，結(jié)合遺傳學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、分子生物學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、生物信息學(xué)等領(lǐng)域的研究手段，以生殖細(xì)胞內(nèi)miRNA對(duì)子代表型的調(diào)控作用為研究切入點(diǎn)，探索生殖細(xì)胞內(nèi)miRNA響應(yīng)環(huán)境刺激和介導(dǎo)代際表觀遺傳的分子機(jī)制和作用機(jī)理。他們發(fā)現(xiàn)精子miRNA是一種新的“遺傳物質(zhì)”，介導(dǎo)了抑郁相關(guān)表型的代際遺傳，論文于2021年發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）；發(fā)現(xiàn)高齡雄鼠精子中的miRNA通過引發(fā)早期胚胎雌二醇信號(hào)通路功能紊亂導(dǎo)致子代出現(xiàn)焦慮和社交障礙等精神癥狀表型，論文于2022年發(fā)表于《細(xì)胞發(fā)現(xiàn)》（Cell Discovery）。

“未來，我們將繼續(xù)探索miRNA或其他類型小RNA在腫瘤、肥胖、藥物成癮等性狀的代際傳遞中的作用。”陳熹說。在陳熹看來，研究生殖細(xì)胞miRNA介導(dǎo)的代際表觀遺傳，不僅是基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的重要探索，也具有重大的臨床應(yīng)用價(jià)值，將為理解親代表型的遺傳現(xiàn)象提供新的視角，為闡釋疾病性狀的遺傳規(guī)律提供新的思路，并有潛能在未來產(chǎn)生新的藥物作用靶點(diǎn)和新的治療方式。

科研報(bào)國關(guān)鍵時(shí)刻等待國家召喚

南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院歷史悠久，生物系建系已有百年，生化分子專業(yè)也在全國領(lǐng)先于其他高校開設(shè)，是全國重點(diǎn)院系、學(xué)科。基于南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的優(yōu)良傳統(tǒng)和學(xué)科優(yōu)勢，陳熹在科研上得到了扎實(shí)的訓(xùn)練。近年來，除了申報(bào)國家、省市的各類科研項(xiàng)目外，他和研究團(tuán)隊(duì)也得到了學(xué)校在經(jīng)費(fèi)、設(shè)備等方面的支持和資助。

作為張辰宇教授全職回國后的第一批學(xué)生，目前擔(dān)任生物化學(xué)與分子生物學(xué)系主任的陳熹在科研上深得導(dǎo)師“真?zhèn)鳌保诳蒲芯窈徒虒W(xué)思維上也深受導(dǎo)師的熏陶，既要“科研育人”，也要“立德樹人”。“從他身上感受最深的是，基于自己在研究領(lǐng)域深入探索和思考下的‘大膽猜想’，往往就是科研取得突破創(chuàng)新的重要起點(diǎn)。”陳熹說。

沿承導(dǎo)師的理念，陳熹在教學(xué)中注重因材施教，致力于引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成勇于創(chuàng)新、大膽猜想、不懈探索、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)精神與學(xué)術(shù)修養(yǎng)，鍛煉學(xué)生提出問題、分析問題和解決問題的能力。“要根據(jù)學(xué)生的自身特點(diǎn)和知識(shí)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)針對(duì)性的課題，以確保每一名研究生都能發(fā)揮出最大潛能，并學(xué)有所成。”同時(shí)，在日常教學(xué)中，他不忘時(shí)時(shí)促進(jìn)學(xué)生感知學(xué)習(xí)和科研過程的深層次意義，助其樹立長遠(yuǎn)的科研觀和人生觀，保持持久的創(chuàng)新熱情。

為了打破原來傳統(tǒng)的偏重講授的“填鴨式”教學(xué)方式，陳熹在自己開設(shè)的“微小核糖核酸的功能及應(yīng)用”本科課程中，以講述miRNA領(lǐng)域的最新發(fā)現(xiàn)為主，穿插一些實(shí)驗(yàn)技術(shù)的培訓(xùn)及優(yōu)秀論文評(píng)述，開闊學(xué)生的思路和眼界。因教學(xué)工作成效突出，陳熹獲得了2020年度南京大學(xué)“魅力導(dǎo)師”獎(jiǎng)。

導(dǎo)師張辰宇是歸國科學(xué)家，有著強(qiáng)烈的科研報(bào)國情懷，受到導(dǎo)師的影響，陳熹同樣身懷“報(bào)國夢”。2020年春節(jié)前夕，新冠肺炎疫情暴發(fā)，陳熹和實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)人員響應(yīng)號(hào)召，立刻回到崗位上，為疫情防控貢獻(xiàn)科研力量。團(tuán)隊(duì)融合多年在miRNA領(lǐng)域中的研究成果，與新冠肺炎病患診治相結(jié)合。他們研究發(fā)現(xiàn)，通過檢測新冠肺炎患者血清中的病毒miRNA，可以提前預(yù)判重癥的發(fā)生；以及發(fā)現(xiàn)中藥金銀花湯劑中穩(wěn)定存在的一類特殊的miRNA分子，可以對(duì)抗新冠病毒。這些研究成果被成功地用于臨床治療，并被評(píng)為“2020年中醫(yī)藥十大科技進(jìn)展”之一。“關(guān)鍵時(shí)刻等待國家的召喚、響應(yīng)國家的召喚，是作為中國生命科學(xué)研究者的使命。”陳熹說。