记陆士新院士的科研工作

余茜颖，郭黎平，姜 伟

(国家癌症中心/中国医学科学院肿瘤医院，北京 100021)

中国科学院院士陆士新教授因病于2019年12月6日永远离开了我们。他的突然去世使我们在他身边长期工作的学生、工作人员、科研人员、合作者以及中国癌症研究领域同道感到非常悲痛和惋惜。我国肿瘤病因学领域从此失去一位先驱者、领头人和导师。陆士新院士长期从事肿瘤病因学、化学致癌与癌变机理的研究，是我国肿瘤病因学和分子肿瘤病因学开拓者之一，对食管癌病因，食管癌发生发展的分子机制，食管癌干细胞研究和化学预防作出了卓越贡献。我们就陆士新院士一生的科研工作做一简要综述，以纪念陆士新院士。

陆士新院士1929年12月12日生于上海，祖籍江苏盐城。毕业于大连医学院医疗系，获得医学学士学位。由于品学兼优，被国家选送到罗马尼亚布加勒斯特医学院内分泌研究所学习，于1961年获得副博士学位。毕业后，回国任中国医学科学院实验医学研究所实习研究员，助理研究员。文革开始时下放到四川简阳工作。河南林县(现河南林州市)的“三不通(水不通、路不通、食管不通)”曾在在中央农村工作会议上作了汇报，它反映的人民健康问题得到了周恩来总理的关怀。遵循周总理“肿瘤是常见病、多发病和地方病，肿瘤医院应该解决这个难题，为广大工农兵服务”的指示，部分中国医学科学院院内下放的科研医疗业务骨干被调到中国医学科学院肿瘤研究所(医院)。因此，1971年陆士新院士作为中国医学科学院医疗队员派驻到河南林县工作。1978年回到北京，历任中国医学科学院肿瘤医院肿瘤研究所助理研究员，副研究员，研究员，博士生导师，病因及癌变研究室主任。1988年至1994年，陆士新院士担任中国医学科学院肿瘤医院肿瘤研究所院所长。1997年当选为中国科学院院士，2019年任中国医学科学院学部委员。陆士新院士是北京协和医学院长聘教授，国家癌症中心/中国医学科学院肿瘤医院研究员。陆士新院士还曾先后担任世界卫生组织(WHO)中国肿瘤合作研究中心主任、中国抗癌协会副理事长和常务理事、中国抗癌协会肿瘤病因专业委员会主任委员和名誉主任委员、中国癌症研究基金会学术委员会主任委员等职务。

陆士新院士一生热爱祖国，低调谦逊，埋头苦干，关爱学生，追求科学真理。早在上世纪70年代初，陆士新院士随中国医学科学院的医疗队到了河南林县并担任医疗队的副队长，分管现场的基础研究工作，对河南林县的食管癌高发区进行了大量食管癌病因学研究。他走乡串户，克服困难，发现林县环境水土，居民主食(如玉米面等)和副食(如酸菜等)中二级胺、亚硝酸盐与硝酸盐的含量均比非高发区高。不仅在环境中，陆士新院士还发现林县人群唾液、胃液和尿液中亚硝酸盐极高。食管上皮增生者与食管癌病人唾液亚硝酸盐含量也比食管上皮正常者高。陆士新院士还检测了林县的动物，包括鸡、牛、猪等体内的硝酸盐和亚硝酸盐的含量，也得到了相似的结果。这些细致的系统研究结果表明，林县环境和居民膳食，包括林县生物体内，都有形成致癌物亚硝胺类化合物的可能性。此后，陆士新院士又对林县酸菜等食物，进行亚硝胺类化合物的详细化学分析，发现酸菜等食物中也有大量的亚硝胺，包括致癌物二甲基亚硝胺、二乙基亚硝胺和促癌物Roussin红甲酯等。陆士新院士进一步深入研究，发现林县霉变的食物中，霉菌可以使硝酸盐还原成亚硝酸盐，并通过胃液的作用在人体内进一步转变为亚硝胺类致癌物。同时，他首次分离鉴定并报道在林县人群的胃液和膳食中含有强致癌亚硝胺类化合物-甲基苄基亚硝胺(NMBzA)。并应用NMBzA，成功诱发了大鼠的食管癌，构建了大鼠食管癌癌变的动物模型。随后，陆士新院士领导科研团队对NMBzA致癌机理进行了研究。亚硝胺类致癌物是一种强烷化剂，需要经过体内酶代谢活化才能激活其致癌性。陆士新院士科研团队研究结果表明，细胞色素P-450酶作为NMBzA代谢所需的酶，特异地分布于食管上皮细胞微粒体中，因此NMBzA经P-450代谢后，生成亲电子化合物与细胞中的DNA进行共价结合形成DNA加合物，O6-甲基鸟嘌呤，导致基因发生突变，最终可以特异性的引起食管癌。为进一步验证NMBzA致癌机理，陆士新院士科研团队应用NMBzA成功诱发人类食管上皮细胞恶性转化，形成食管鳞癌。35年后，陆士新院士领导科研团队在2007年再次检测了林县环境中霉菌和人类膳食等亚硝胺的含量，发现均有大幅下降，同时林县食管癌发病率下降了50%。这些研究证明亚硝胺类致癌物质，特别是NMBzA，是林县食管癌病因之一。

为探究食管癌发生发展的具体分子机制，上世纪80年代末90年代初，陆士新院士领导的科研团队展开了与美国、法国、英国等国家的科研单位的大量合作。首次报道细胞周期调控关键蛋白Cyclin D1在人类食管癌组织中有基因扩增和高表达，并明确了Cyclin D1/CDK4/6/Rb/p16 G1细胞周期调控重要通路缺陷异常参与了食管癌的发生发展。这些研究被《Science》杂志在1995年首次介绍中国科学发展现状时，评为1989、1992和1993年有中国科研单位参与的引用率最高的前五名论文。陆士新院士科研团队通过mRNA差异显示技术，利用正常食管组织和来自林县的三个高癌家族，筛选得到了4个与食管癌发生发展相关基因，分别命名为食管癌相关基因1-4(esophageal cancer related gene 1-4，ECRG1-4)，并在Genebank登记。陆士新院士科研团队分别对这4个新基因的功能进行深入研究。ECRG1是一个二型跨膜丝氨酸蛋白酶，可明显的抑制肿瘤细胞的增殖，它与Miz-1发生相互租用，通过上调P15表达是细胞发生G1期阻滞。ECRG1第八外显子的存在Arg290Gln多态位点，携带290Gln/Gln及290Arg/Gln基因型的人群发生食管癌的风险显著高于携带290Arg/Arg基因型人群，这种风险在吸烟人群中更为显著，并随着吸烟程度增高呈上升趋势。ECRG2是一个KAZAL型丝氨酸蛋白酶抑制剂，它可以在细胞外基质中与尿激酶纤溶酶原激活剂uPA结合，降低纤溶酶底物的降解，从而调控食管癌细胞的侵袭和迁移。在ECRG2基因的3’-UTR区有一个短串重复(short tandem repeat，STR)序列，这个重复序列存在两种STR等位基因型：TCA3(TCATCATCA)和TCA4(TCATCATCATCA)，受到miR、1322调控，其中TCA3/TCA3是食管癌的风险基因型，并且预后较差。ECRG4是一个分泌型蛋白，在食管癌组织中表达下调，启动子高甲基化是ESCC转录失活的主要机制。ECRG4蛋白表达下调与食管癌局部淋巴结转移，原发肿瘤大小和临床病理分期正相关，与病人术后生存时间正相关，是ESCC的独立预后指标。ECRG4和ECRG1还可以相关作用，上调P21的表达，引起细胞周期阻滞，抑制细胞增殖，促进细胞衰老。

肿瘤干细胞是恶性肿瘤复发与转移的重要根源，控制肿瘤干细胞就能控制肿瘤的发生发展。本世纪初，陆士新院士在国内首次提出，研究肿瘤干细胞在肿瘤发生发展中的重要性。在国内鲜有开展肿瘤干细胞研究的情况下，陆士新院士主持召开了国内肿瘤干细胞学术大会。陆士新院士科研团队通过SP分选法，首次在食管癌、鼻咽癌和胃癌细胞中分离与鉴定肿瘤干细胞，研究了食管癌干细胞干性维持的调控机制和食管癌耐药机制，证明食管癌干细胞细胞与PI3K/Akt/PTEN通路有关，同时证明miRNA-203在调控食管癌肿瘤干细胞自我更新中的重要作用。陆士新院士科研团队还在肿瘤化学预防工作中取得重要科研成果。肿瘤动物模型可为基础与临床肿瘤研究提供很好的实验材料，同时动物模型可用于研究肿瘤的起始、促进、演化、发展，异质性以及转移等各阶段的特点和动态连续性，对肿瘤的发生发展机制的研究有着重要的意义。陆士新院士科研团队在上世纪70年代应用食管癌的实验动物模型研究基础上，展开了肿瘤化学预防工作。陆士新院士科研团队发现二甲双胍可用于化学预防在二甲双胍化学预防组中，大鼠食管上皮中p、AMPK被激活，p-mTOR受到抑制，同时AMPK/mTOR信号转导通路下游p、p70S6K的表达也明显受到抑制，因此二甲双胍主要通过影响食管上皮细胞中AMPK/mTOR信号转导通路起到化学预防作用。利用大鼠模型，陆士新院士科研团队还发现阿司匹林能有效阻止食管癌的发生发展。在食管癌的治疗中，阿司匹林能够通过EP300，改变食管肿瘤干细胞的染色体易接近性，高表达Bim等凋亡相关基因，降低肿瘤干细胞耐药性，增强化疗疗效。这些研究为临床食管癌的防治奠定了理论基础。

我们缅怀陆士新院士，就是要牢记陆士新院士的言传身教，把陆士新院士追求科学真理、热爱祖国、关爱人民群众健康的朴实精神传承下去。

陆士新院士，千古！