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昨天获得诺贝尔奖的科学成果背后,还有这位华人的重大贡献

2019-10-08 10:43:20 来源:网络整理 作者:匿名 阅读:27次
标签: 作用,血压,礼物,论文,知识

2017年9月,王广良与Gregg L. Semenza在杭州西湖。本图由受访者提供。

昨天,2019年诺贝尔生理学或医学奖公布,发现细胞感知和适应氧气机制的三位科学家获奖,其中两位来自美国,一位来自英国。

在诺奖官方提供的五篇核心文献中,有一篇克隆低氧诱导因子(HIF)蛋白的文章,第一作者为华人学者王广良。

王广良,1963年10月10日出生,1983年本科毕业于杭州大学生物系,1986年毕业于中科院细胞所,1991年博士毕业于亚利桑那州立大学,1992年-1995年在约翰霍普金斯大学Gregg L. Semenza实验室从事博士后研究。他在1995年克隆缺氧诱导因子(HIF)的工作,为2019年诺贝尔生理医学奖的获奖成果奠定了重要基础。

王广良现在美国大冢制药公司(Otsuka American Pharmaceutical)任职,从事新药的研发工作。

北京时间2019年10月7日晚上8点,《知识分子》对王广良进行了专访,请他介绍做出这一工作的过程以及低氧诱导因子发现的重要影响。

以下为专访内容。为了行文的简洁,文字有编辑。

采访 | 陈晓雪

责编 | 李娟

氧气不仅仅为生命提供能量

《知识分子》王老师好,在本次诺贝尔生理医学奖获得者Gregg L. Semenza教授的工作里,1995年的一篇PNAS论文是关键文献之一,你是第一作者。能否介绍一下这篇论文的主要研究内容,以及你在Semenza教授实验室做博士后工作的经历?

王广良:1991年底,我博士毕业后到霍普金斯大学做博士后,研究细胞如何感受氧气浓度并改变生理代谢功能的。氧气跟细胞能量代谢密切相关。但是氧气的作用不只限于给细胞提供能量,进化过程中形成的很多生理功能其实都是受氧气来调控的。

比如在供氧量不足的情况下,作为一种反馈机制,机体会增加红细胞的数量来增加供氧,这种补偿机制就是氧气作为调控信号的一个例子。低氧信号能够诱导促红细胞生成素(EPO,可通过生物工程获得,用于治疗贫氧)生成,进而促进骨髓造血系统增加红细胞的分化。目前国内已经有一个药物上市,叫做罗莎司他,通过稳定HIF(缺氧诱导因子)来治疗贫血。这个药物是国内有史以来批下来的第一类新药,是美国的一个公司做的。

我在霍普金斯大学做的第一个科研项目,就是去研究细胞如何感受低氧环境进而增加EPO基因的转录表达的。

首先,我们在实验室里给细胞培养箱输入低浓度的氧气来模拟低氧环境,去寻找细胞内促红细胞生成素基因感受氧气浓度的关键序列,也就是转录增强子。如果删掉或突变这部分序列,EPO感受氧气浓度的能力就会下降。接下来我们又去寻找与转录增强子结合的转录因子。但是转录因子在细胞中的量是非常少的。我们当时的工作量非常大,在培养罐中培养了大量的人类Hela细胞株,为的就是能够过柱筛选到有活性的蛋白因子。其中最关键的一个方法,就是用EPO基因增强子序列做成亲和柱,筛选能够结合并调控EPO基因表达的转录因子。最终,我们从培养的几百升细胞悬液里得到了几毫克的HIF蛋白,再用蛋白酶把它切成小片段拿去做蛋白测序,根据得到的氨基酸序列来推导DNA序列,再把推导出来的DNA序列设计成探针,到基因库里面去钓HIF基因,最终完成了HIF基因的克隆。这总共花了一年多时间。

成功克隆HIF基因之后,就可以做很多研究了。

我在霍普金斯大学的前两年是做博士后,后作为助理研究员工作了一两年,之后就到公司工作了。我还是希望能够以HIF为靶点找到治疗药物,希望至少能够建立乳腺癌或者前列腺癌肿瘤模型。当时是90年代末,大家对于HIF的了解还没有那么深入,我当初的项目并没有开展下去,但是之后我还是在公司里做新药开发的工作。

现在已经过了20年了,这期间,不光是我的导师实验室,其他很多实验室也做了非常多的工作,现在对此方法机理的了解已经相当多了。很多制药公司也以HIF作为靶点来做药物的筛选开发,非常热门。

印象深刻的是在冷库做实验

《知识分子》:当时为什么选择去Semenza教授实验室做博后?

王广良:霍普金斯大学在美国是属于数一数二的医学院,而且我觉得这个课题非常有意义,因为氧气对细胞的功能是非常基础的。当时,Semenza教授在霍普金斯大学刚做完博士后。他是位医生,也是理学博士,非常聪明。平时他要接待病人、教学,还要做科研,所以实验室的工作主要是我做的。我跟他在实验室的合作非常愉快。

这项工作印象最深刻的,就是纯化HIF转录因子的时候,因为不能让蛋白失活,整个工作需要在低温进行。过柱筛选步骤就是在冷库里进行的,我总是穿很厚的衣服再穿个白大褂,显得很胖,其实我本人是很瘦的。离心机、柱子、试管和其他的东西都放在四摄氏度以下的冷库里。我每天在里面待很久,实在冷的不行了出来暖和一下再进去。

Semenza在南方科技大学做学术交流时的PPT照片。图中人物照分别为在Semenza实验室时期的王广良与最近的王广良。本图由受访对象提供。

关键论文有两名华人学者参与

《知识分子》:我看论文还有一位作者署名是Jiang BH?他也是华人吗?

王广良:对,他是华人,中文名为江秉华。他是之后进实验室的,做了很多HIF基因功能方面的工作,比如说HIF对VEGF的调控功能,证实了克隆出来的蛋白确实在细胞里面起作用。

我是Semenza教授的第一个博士后,江是他的第二个博士后,参与了后期的克隆的工作,另外一个就是我们的实验员,当时实验室只有我们这四个人。我刚加入的时候,Semenza教授刚刚成为助理研究员,经费不多。他做博士后的大老板非常支持,很多仪器设备我们当时都是用大老板实验室的。我们也用了其他教授的仪器设备。

我的导师对科学非常专注,他的研究内容就专注于HIF基因。

《知识分子》:如果在大老板的实验室里边做,在国内的话可能论文还会署上大老板的名字的现象。这篇PNAS论文只有你们实验室四个人的名字?

王广良:对。其实大老板并没有具体参与这项工作,不过我在论文致谢里特别感谢了很多提供帮助的人。在Semenza教授写的拉斯克奖相关的CELL文章(《Serendipity, Generosity, and Inspiration》)中,他把我的照片放在了中间,旁边还放了很多人的照片,就有他的导师,还有现为霍普金斯大学负责科研和国际合作的副校长,当时他是实习医生,也是我同事。

图源:Cell 167, September 22, 2016

低氧信号通路在健康领域的潜在应用

《知识分子》:国内批下的第一个治疗贫血的新药是在你的研究基础上做的吗?

王广良:这个药是以HIF蛋白修饰酶作为靶点来做的,是另外一个公司做的,但也显示出HIF可以成为药物开发的新靶点。我在制药公司主要是做肿瘤、眼科和精神药物的开发,希望在HIF方面发现新的应用。

《知识分子》:低氧信号通路的研究对我们的生活有什么样的影响?

王广良:低氧信号通路有很多潜在应用。比如促进EPO表达可以治疗贫血,这是通过稳定HIF的功能来起作用的。我前几年也试着通过抑制HIF的功能来治疗肿瘤,比如乳腺癌。现在药物还在开发中。

对肿瘤来说,失去控制的肿瘤细胞会形成细胞团,细胞团的内部是缺氧的,但由于毛细血管能进入,给肿瘤细胞提供了养料。所以如果能够阻断HIF的功能,不让毛细血管进入,肿瘤细胞团就会坏死。目前,血管内皮生长因子(VEGF)是一个已知的治疗靶点,已经有很多上市药物。VEGF就是受HIF来调控的,其他如PDGF(Platelet-derived growth factor,血小板衍生生长因子)等与细胞生长有关的因子也都是受HIF调控的。因此,如果阻断HIF的话,就能从上游来治疗肿瘤,效果会更好。而且,我们找到了一些抑制HIF功能的小分子化合物,相比目前市场上靶向VEGF的蛋白药等,小分子化合物的价格会低得多。HIF功能很多,也能抑制肿瘤干细胞生成,抑制肿瘤对某些化疗药的抗药性。

另外,老年黄斑、糖尿病相关的视网膜病变,都是因为眼睛里面血管异常生长所致。糖尿病或者在阴暗的环境下长时间看手机,都会造成视网膜极度缺氧和HIF过量表达,诱导血管异常生长,造成视网膜形状和功能受损。通过抑制HIF来使血管萎缩的方法或可以治疗老年黄斑和视网膜病变。这也是我们现在研究的一个领域。

在心血管疾病方面,心肌梗塞、血流不畅造成的下肢瘫痪以及肺源性高血压等都跟血流供氧有关。心肌梗塞最明显了,因为血管堵塞,心肌细胞缺少供氧而坏死,所以,研发能够立刻恢复心肌细胞功能的药物非常重要。另外,目前已有公司通过HIF基因治疗在下肢血流不畅的病人中改善血流和供氧。

综上,我们的工作在贫血、肿瘤、眼科以及心血管疾病方面都极具应用价值。我当初离开霍普金斯大学,也是为了能够开发出对病人有用的药物。当然那时候还比较早,进展比较慢,目前有些药已经进入临床后期了。

《知识分子》:受HIF调控的VEGF药物已经成功应用临床了吗?

王广良:对,VEGF就是我们刚才说的血管内皮生长因子,这是一个很成功的靶点。有很多单克隆抗体药物以它为靶点。VEGF的作用范围比较窄,所以其他方面的影响比较小,做药就比较容易。但是HIF的功能要比它广得多,VEGF只是受其调控的其中一个因子。与血管生长分化相关的至少还有5-6个生长因子。

目前上市的单克隆抗体药物,比如说avastin,是通过抑制VEGF来治疗肿瘤或眼部疾病,收益很大。但是它并非对所有病人都有用,VEGF的作用可能只有40%-50%,还有50%-60%来自其他5-6个生长因子的作用。所以说单独抑制VEGF并不能对所有肿瘤以及老年黄斑都有效。另外,因为生理补偿作用的存在,靶向VEGF的疗效过一段时间就慢慢减退了。这是由于当VEGF被抑制的时候,其他几个生长因子的表达就增加了。

所以,如果以HIF为靶点,HIF调控下游的所有生长因子都会被抑制。因此HIF的应用范围更广,按道理说疗效应该会更好,当然还需要进一步的验证。

运气好是因为一门心思做事情

《知识分子》:当时做研究的时候有没有想过相关工作可能会获诺奖?

王广良:当时没这么想,但是之后我觉得这个是非常重要的发现,这些工作还是要归功于霍普金斯大学良好的研究环境和条件,给我们的课题提供了很多支持。

《知识分子》:你在Semenza实验室做相关研究的时候有没有竞争对手?

王广良:有的。这次同时获得诺奖的有三个实验室。其实,获奖实验室的工作都是以我当初在霍普金斯大学做的HIF基因克隆工作为基础的。当然之后他们做得非常深入,非常重要。

当时,英国实验室也在寻找一种克隆方法,和我在霍普金斯大学实验室要做的工作一样,但他们的方法跟我们的不一样,最后是我们先做出来的。当时我们也有许多交流,他们认为我的克隆方法不太可能实施,因为这个因子在细胞里是非常微量的,要通过大量培养细胞来纯化因子,又要去做测序并筛选基因,工作量太大了。但是我们仍然一步一步地做了,从92年初开始到93年把基因克隆出来,论文是95年发表的。我用的方法确实工作量很大,需要从数个培养摇罐中得到的几百升细胞培养液里纯化得到几个微克的东西,也就是小试管底部的一点点东西,万一不小心丢掉了就要从新开始做。我的运气比较好,从头到尾做下去都非常顺利,没有出现用错试剂、丢掉样品或样品失活的事情。其实运气好也主要是因为当初一门心思做事情,觉得这项工作非常有意义。

现在从事药物研发

《知识分子》:你离开约翰霍普金斯大学之后做了什么工作?

王广良:我更希望能够在药物开发领域能够做一些工作,但是药物研发需要多年的投入、大量的资金。当然主要是对于缺氧信号通路及HIF的功能机制还尚未有深入了解,所以尽管我们筛选了很多的先导分子,进展仍比较缓慢。但这些工作非常重要,我希望能够在应用领域做点事情。现在有很多人都在做,不管谁能够做出来,不管是哪个公司,是不是跟我有关系,我都会非常高兴,因为毕竟是造福病人的。

前几年我回国来,希望能够找到投资,但是一直没有落实。因为新药开发需要至少五到十年的时间,上亿的投入,而国内真正能够投入做新药开发的还是很少,多为Me too、Me better,即在别人的基础上稍微改进或者做得不一样一点。而对HIF来说,是属于新靶点、新机理的First-in-Class药物开发,风险还是蛮大的。

我觉得诺贝尔奖的颁布是一个契机,关于这个领域的靶点研究会得到加强,说不定我以后再找投资也会比较有说服力。

《知识分子》:现在跟Semenza教授有联系吗?

王广良:有联系。前几年我拉他一起到国内来成立公司研发药物。他是愿意做这个事情的,我们已经在杭州成立了公司。但是资金没有到位,最后我们没有开展起来,有点可惜。之后就开始了贸易战,国际交流方面也可能会有问题。

我的导师认为我们的工作在基础研究方面是非常重要,当然如果研发出应用价值就会帮助更多的人。目前,上市的贫血治疗药物并不是我们自己做的,不过却证实了HIF的很多潜在应用价值,是一个很重要的研究领域。这也可能是这么早获得诺贝尔奖的原因。我本来觉得可能要等到肿瘤治疗相关药物出来之后才会获奖,毕竟其贡献并不能只限于基础研究,要能够真切地造福人类健康。总之,不管是我们自己做还是别的公司做,都是很有意义的事情。

图说:2017年,Semenza(右四)到浙江大学做学术交流。左三为王广良。本图由受访者提供。

《知识分子》:现在你们的专利是不是已经授权给一些公司去做了?

王广良:当初我们拿到克隆HIF基因的专利大概是1998年,现在这个专利已经过期了。以后的专利都是属于做药物开发的公司的。现在基本上大家也都能做了,也不一定有专利的限制了。

《知识分子》:回想20多年前的相关工作奠定了今年诺奖的基础,最后,还有什么想和我们分享的吗?

王广良:我是从浙江天台农村出来的,当初山区条件很差,后来见证了国内改革开放的成绩,我觉得我的科研经历还是很有意义的。尤其是现在国内对制药领域非常重视,有很大的投入,希望出现真正的新药、好药。

《知识分子》:对了,你是哪一年出生的?

王广良:今天刚好是我的农历生日!是我很好的一个生日礼物。1963年9月初九重阳日是我的生日,我的护照上面是公历的10月10日。

《知识分子》:你还没有和Semenza联系吧?

王广良:我刚刚给他写了个邮件,祝贺他获得诺贝尔奖。

《知识分子》:他还不知道今天是你的生日吧?

王广良:他不知道,他以为我是证件上用的10月10号生日。只有我家里人知道我的农历生日。

《知识分子》:祝贺你,也祝你生日快乐!

王广良:谢谢!总之,这项工作是有我们中国人参与贡献的,也是很有意义的事情。

注:采访当天是重阳节。

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