探寻基因奥秘，钟情转化医学

课题组长俞作仁教授

同济大学转化医学高等研究院/同济大学附属东方医院转化医学研究中心俞作仁教授，早年师从细胞生物学专家、中国科学院薛社普院士，于2003年获得中国医学科学院/中国协和医科大学博士学位，之后赴美宾夕法尼亚大学医学院做博士后研究，自此开始步入非编码RNA（ncRNA）研究领域。2009年至2011年受聘于美国托马斯杰弗逊大学为正式教职员工，并任职科研助理教授，2011年全职回国，加盟同济大学东方转化医学研究中心和肿瘤干细胞研究所，担任课题组长和研究中心副主任，参与创建了上海东方转化医学公共技术服务平台。

作为一名研究基础医学的科研工作者，俞作仁教授肩上所赋予的重荷也许是常人难以想象的，在他所从事的肿瘤生物学研究中，医学的庞复繁杂、科研的精密枯燥都汇集其中。他自2011年进入东方医院开始组建自己的研究团队以来，主持和参与了科技部“973”重点研究项目、国家自然科学基金项目、上海市科委重点项目等的研究，先后发表了30多篇SCI学术论文，参编了两本英文专著。他与美国研究所合作发现了细胞周期蛋白调控乳腺肿瘤发生的一种新机制，这项研究为肿瘤发生领域带来了广泛的启示，其研究成果已于2013年发表在《Nature Communications》上，美国《每日科学》以首发新闻的方式进行了报道；我国生物通、转化医学网等以《同济研究员解析乳腺癌》为标题进行了专题报道；同时他还研究发现了一条癌细胞之间信号传递的新机制[首次将微小RNA（miRNA）的功能从癌细胞内扩展到癌细胞外异源信号通路调控]，该成果已发表在美国科学院学报。论文发表当月，欧洲《Oncology News》杂志主编Denys Wheatley便在刊首对其研究做了重要评价……

近日，本刊记者就上述话题，深入采访了俞作仁教授。

发现细胞周期蛋白间

负反馈调控环路

俞作仁教授介绍说：“我在美国以及回国之后，主要是从事肿瘤生物学研究。利用国际前沿的非编码基因以及肿瘤干细胞，寻找能够有效预防或者抑制肿瘤细胞增殖和转移的方法。在东方医院，以恶性乳腺肿瘤和肿瘤干细胞作为主要研究对象，结合临床样本分析，重点开展如何增加肿瘤细胞对药物的敏感性，如何预防和治疗肿瘤复发和转移的研究，同时探索miRNA与抗肿瘤化学药物的联合使用方案。通过miRNA干预增加肿瘤干细胞对药物的敏感性，寻求一种从患者体内彻底清除或抑制肿瘤细胞，有效防治肿瘤复发和转移的miRNA干预方案。此外，由于东方医院在诊治心脏病方面的强大临床实力，我加盟了心衰研究所，逐步开展了心肌干细胞和心肌重构的应用研究，主持了上海市科委两项重点项目的研究。”

ncRNA包括微小miRNA和长链非编码RNA（lncRNA），是近年来生命科学领域研究热点之一。miRNA 调控基因表达参与胚胎发育和多种生理及病理过程已经被广泛证实。对lncRNA的认识虽然还处于初步阶段，但已有研究表明，lncRNA参与染色质修饰、基因转录调控及疾病调控等。细胞周期蛋白D1（CCND1），作为细胞周期G0/G1-S转变的重要调控因子，在超过50%的乳腺癌组织异常高表达。CCND1可导致乳腺癌细胞分裂周期失控，扩增异常。CCND1转基因能够诱导小鼠乳腺肿瘤的发生。很多研究报道证实了miRNA对细胞周期以及乳腺癌的特异调控作用。细胞周期调控与miRNA调控如何相互作用，协同抑制或约束，诱导了乳腺癌发生和发展？带着这个问题，俞作仁教授分析了乳腺癌异常表达的miRNA，并就miRNA和CCND1的靶向调控做了深入研究，最早证明了miR-17/20通过靶向抑制细胞周期蛋白D1，抑制乳腺癌细胞增殖，同时发现CCND1对miR-17/20转录的诱导功能，提出乳腺癌调控中CCND1-miR-17/20负反馈环路，二者既协同作用又互相制约，精确调控细胞周期和增殖的分子机制。一旦这种调控失衡，则导致肿瘤发生和发展。该研究成果发表在美国细胞生物学杂志（Journal of Cell Biology，2008）。论文发表6年来，Google Scholar引用率超过200多次。

俞作仁教授分析说，生物学和病理学调控是多基因、多通路参与的复杂网络，我们研究发现，CCND1体内基因敲除或者体外特异敲低，伴随着miRNA表达的整体下调。一个基因如何抑制一类非编码分子的表达？与乳腺癌发生有何因果关系？针对这个问题，我们系统研究了CCND1在miRNA生物生成、运输、降解等各个环节的作用，发现CCND1在体内、体外均能诱导DICER 基因的表达，促进miRNA整体的生物合成，同时调控组蛋白（H3K9）甲基化。在DICER基因的启动子区发现细胞周期蛋白D1的特异结合序列，该序列对DICER转录调控起关键作用。我们通过近2200例乳腺癌临床标本信息分析，发现细胞周期蛋白D1与DICER协同作用，在管腔A型及基底型乳腺癌发挥重要功能。

原创性发现癌转移

异源信号传递通路

癌细胞和微环境之间的关系，类似于种子和土壤之间的关系。微环境不仅为癌细胞提供了生存环境，更为重要的是介导了癌细胞之间的信号传递。癌细胞和间质细胞分泌到细胞外的各类生长因子、趋化因子对癌细胞特征具有重要调控作用。俞作仁教授研究发现，miR-17/20过表达不影响乳腺癌细胞的迁移和侵袭，但细胞上清液能够明显抑制三阴性乳腺癌细胞的迁移和转移。通过进一步研究，他们发现miR-17/20可选择性抑制乳腺癌细胞的分泌功能，降低癌细胞微环境IL8、CXCR1、Cytokeratin 8和alpha-Enolase的含量。Cytokeratin 8和alpha-Enolase是癌细胞表面plasminigen受体的激活剂，与癌细胞迁移和侵袭功能密切相关。该研究首次将miRNA功能从细胞内扩展到细胞外，不仅证明了miRNA调控癌症转移的新机制，也提出了调控癌细胞之间信号传递的新途径。该调控途径一年后得到美国普林斯顿大学的研究证实；该研究成果发表在美国科学院学报PNAS。论文发表4年，Google Scholar的引用率已超过200次，包括Nature Medicine， Cancer Research， Oncogene等期刊的论文引用。

俞作仁教授针对miR-17/20调控乳腺癌开展的一系列研究，不仅发现miRNA-微环境-癌转移的异源信号传递通路，证明癌基因（CCND1、MYC、E2F等）与miRNA17/20之间的负反馈调控环路，还发现miR-17/20作为乳腺癌化疗药物“增敏剂”，参与促进p53诱导细胞凋亡调控，增加乳腺癌细胞对药物的敏感性，具有临床应用潜力。

此外，俞作仁教授还实验证实了三阴性乳腺癌治疗的潜在靶点：非编码RNA miR-221/222。俞作仁教授对此介绍说，占乳腺癌大约15%的三阴性乳腺癌，因为缺乏雌激素受体（ER）、孕激素受体（PR）和人表皮生长因子受体（HER2），缺乏内分泌及抗HER2治疗的靶点，临床尚无有效治疗方案。他带领的研究小组筛查了miRNA在各类乳腺癌细胞株的表达谱，分析了上百例乳腺癌患者的miRNA表达特征，发现miR-221/222在三阴性乳腺癌细胞株和癌组织特异高表达，有的甚至高达上百倍。俞作仁教授近期研究表明，miR-221/222对乳腺肿瘤干细胞具有特异调控作用，特异敲低miR-221/222能够促进抑制乳腺肿瘤干细胞再生肿瘤的能力，而且能够提高三阴性乳腺癌细胞对抗癌药的敏感性。

记者了解到，如何利用非编码RNA对乳腺癌细胞的调控功能，提高癌细胞对药物的敏感性，是俞作仁教授近期主要研究内容之一。他们研究发现，miR-17/20可促进p53表达，参与p53诱导的细胞凋亡过程的调控，并能够提高乳腺癌细胞对阿霉素的敏感性，降低药物半数致死量。俞作仁教授表示，该研究结果提示非编码RNA可作为癌细胞对药物的“增敏剂”。miR-17/20联合阿霉素给药治疗乳腺癌，作为新型抗癌方案（基因治疗+化学治疗）的一个例子，体外已经证实其有效性，体内效果他们正在研究中。“该项目是我们在转化医学方向迈出的一小步，相信其研究结果将为抑癌研究思路和抗癌治疗方案提供一些有用的信息。”俞作仁教授说。

俞作仁教授还在早期通过克隆测序手段，在生殖干细胞中发现10个新的miRNA分子，并获得了官方认可和命名。miRNA信息和资源的官方网站miRBase中的miR-449a，miR-463，miR-464，miR-465，miR-466，miR-467，miR-468，miR-469，miR-470，miR-471序列是俞作仁教授首次发现并提交miRBase、经专家审核认定并由官方命名的；其研究成果发表在生殖生物学杂志上（Biology of Reproduction），属于生殖生物学领域首篇miRNA系统研究论文。该杂志两位主编当期对论文给予特别点评，称其为“具有震撼力的突破性成果（Ground-breaking work）”。

投身东方转化，偶然中的必然

2011年，俞作仁教授与东方医院签订引进合同，当年年底到东方医院工作，开始组建自己的研究团队。他说自己到东方医院“有一定的偶然性，也有一定的必然性，对自己个人来说也是一次人生重大选择。偶然性是指回国前我在美国从事科研工作8年，工作稳定（回国前是大学科研助理教授），有了绿卡，买了房子，孩子上了中学，可以说已在美国安居乐业，没有想过有一天会回国发展。说必然，是因为在研究方向上，我始终有一个理念：从事应用型研究，学习有所用，研究有所实，成果有所被享。正是东方给予了我这个平台，使我可以驰骋于东方、可以遨游于转化医学的研究。”

俞作仁教授总是说临床与科研其实没有本质的区别，前者着眼于当下为患者解除病痛，后者着眼于未来为患者解除病痛，两者需要互相支撑，协同发展。他认为：“只要我的研究不是一张纸、一篇论文，而是有益于减轻患者疾苦，惠利于患者病痛的，我都愿意去为之努力。同济东方转化医学研究中心的模式和理念，在美国几乎不可能实现。”

俞作仁教授从上中学起就对生物学有着浓厚的兴趣，考大学时报考的都是生物学专业。此后在医院的工作经历，以及在协和医科大学的博士学习，更加让他坚定了医学生物研究的信念。博士毕业之后，他就随着协和毕业生大军，远赴美国常青藤大学宾夕法尼亚大学医学院，进行博士后深造。

在2011年春节前后，俞作仁教授和一个已经回国发展的朋友电话聊天，他提起了国内转化医学的发展势头，尤其提到该校裴钢校长到任同济之后对转化医学研究中心的新理念：在医院建立研究所，临床和科研专家联手，开展转化医学研究。这一下子挑动了俞作仁教授潜意识里的一根神经。在美国做科研，俞作仁教授充分体会到获得临床标本和开展临床合作的艰难。在医院建立转化医学研究机构，看似简单，但的确是一个创新型思维，而且实际操作难度也不小，关键是人员、空间、投入、后续研究经费等。俞作仁教授马上上网查阅了东方转化医学研究中心的很多新闻和信息，有一种被震撼了的感觉。“我当时趁着一股热情，一周之内就做了一个人生很大的决定：加盟东方，开展转化医学研究。”俞作仁教授回忆说。

三大价值一路支撑科研信念

谈到当初为什么会选择生物医学专业，俞作仁教授说，一方面是受了从事医学工作的父亲的影响，一方面是自己从小对生物学的兴趣。“从事科研工作，有几个原因，一是我自身性格特点。我生性安静，善于思考，不喜欢也不乐于表现自我或者从事社会性工作。另外一个原因，是我硕士毕业之后在一家省级三甲医院工作期间，虽然不在临床一线，但目睹了很多患者无助的眼神和医生无奈的表情。我们对许多疾病的了解和治疗手段很有限，这凸显了医学科研的滞后，或者说有着无限的发展空间。基于这两个原因，我于2000年到北京协和医科大学攻读博士学位，从此开始了科研生涯。让我震撼也影响我职业生涯的是我在协和读博士期间，有一位50岁左右的男士找到我们实验室，希望捐助100万元人民币，让我们开展一项研究——他女儿患某疾病，现有医学无法医治。他愿意倾家荡产让我们研究，寄一丝希望能挽留他女儿的生命。尽管我们无法帮他，但这事儿让我对科研事业的追求更加执着。”

ncRNA作为近年来生命医学领域的研究热点，与疾病密切相关，日益引起生命学术界和临床医学界的关注。俞作仁教授自2004年步入microRNA领域，属于ncRNA早期研究人员。从早期测序签定新的miRNA分子，到研究miRNA作用机制和筛选靶基因，再到体内、体外实验探索miRNA对癌细胞增殖和转移的调控，直至今天拓宽研究范畴到lncRNA，更聚焦于恶性程度高的三阴性乳腺癌和癌干细胞的研究。其科研成果在本领域内的科学价值主要体现在三个方面：一是有助于推动ncRNA在抗癌转化医学研究中的应用；二是有助于从ncRNA角度探索乳腺癌发生和转移的分子机制；三是有助于从ncRNA中探寻癌症治疗的新靶点。不难想象在这些科研成果背后，他所经历的“昨夜西风凋碧树，独上高楼，望尽天涯路”的科研孤独与艰辛；他所坚守的“衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴”的科研理念的执着与不懈，以及他所获得的“众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在灯火阑珊处”的科研之果，这都完美地诠释了他的科学研究的三种境界。

从年少时的生物学兴趣到以后从事的医学研究，从医学生到博士后，从协和医科大学到美国常青藤大学宾夕法尼亚大学医学院，从美国助理教授到东方医院转化医学研究中心的管理者，俞作仁教授一路走来，是一种科研的信念支撑着他，就如同他所说的“科研是着眼于未来的”，他正是那个抓住未来、追上未来，把“未来”转为“现在”的人！