文圖/《中國醫(yī)藥導(dǎo)報(bào)》 主筆 潘 鋒

劉芝華教授做學(xué)術(shù)報(bào)告

第十五屆“藥明康德生命化學(xué)研究獎(jiǎng)” 頒獎(jiǎng)儀式2021 年12 月18 日以線上方式成功舉辦，設(shè)立于2007 年的“藥明康德生命化學(xué)研究獎(jiǎng)”旨在獎(jiǎng)勵(lì)從事生命化學(xué)及相關(guān)領(lǐng)域研究，并在科研創(chuàng)新、成果推廣及高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化等方面取得突出成就的中青年科技人才。中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院劉芝華教授潛心鉆研食管癌分子生物學(xué)研究20 余年，致力于食管癌的基礎(chǔ)和臨床轉(zhuǎn)化研究，繪制了全球最大規(guī)模的食管癌全基因組圖譜，建立了食管癌精準(zhǔn)分子分型體系，結(jié)合多維組學(xué)數(shù)據(jù)分析和功能機(jī)制，系統(tǒng)研究鑒定了多個(gè)與食管癌發(fā)生、轉(zhuǎn)移、耐藥相關(guān)的關(guān)鍵基因，為食管癌靶向治療、預(yù)后判斷及療效預(yù)測(cè)提供了新的候選分子。憑借在腫瘤學(xué)領(lǐng)域尤其是食管癌分子分型和靶向治療研究方面取得的突破進(jìn)展，劉芝華教授獲頒2021 年度“藥明康德生命化學(xué)研究獎(jiǎng)杰出成就獎(jiǎng)”。

投入腫瘤學(xué)研究

20 世紀(jì)80 年代劉芝華考入北京大學(xué)，北京大學(xué)當(dāng)時(shí)沒有醫(yī)學(xué)部，她選擇了生物系，此后不斷在分子生物學(xué)領(lǐng)域深耕，1996 年劉芝華在美國華盛頓州立大學(xué)植物生理學(xué)及植物分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成博士后學(xué)習(xí)?！捌鋵?shí)我學(xué)生物也是因?yàn)槲覍?duì)醫(yī)學(xué)很有興趣，覺得生物跟醫(yī)學(xué)比較近，但我想學(xué)醫(yī)的愿望一直在心里，一直到讀完博士后我還是想著這事，我就覺得找工作的時(shí)候一定要找個(gè)醫(yī)學(xué)單位?！眲⒅トA說。而在眾多的醫(yī)學(xué)細(xì)分領(lǐng)域中她當(dāng)時(shí)隱約地感到腫瘤發(fā)病率高、死亡率高，是一個(gè)值得關(guān)注的疾病。回國后劉芝華首先選擇了中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院，一干就是20 多年。

劉芝華回憶道，20 多年前分子生物學(xué)在中國熱度剛起，但即使在中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院這樣的國內(nèi)頂尖機(jī)構(gòu)，專業(yè)人員仍很少，研究水平也相對(duì)薄弱。劉芝華給時(shí)任分子腫瘤學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任的吳旻院士寫了一封信，表達(dá)了自己想做這方面研究的愿望。吳旻院士很快接納了她，“你不懂的腫瘤學(xué)我們了解，但分子生物學(xué)我們不是特別熟悉，你正好過來，我們可以很好地互補(bǔ)一下。”情感上的支持、專業(yè)上的鼓勵(lì)讓劉芝華很快投入腫瘤研究工作中。

1998 年，在吳旻院士的推薦下劉芝華進(jìn)入了陳竺院士領(lǐng)銜的“973”項(xiàng)目研究，與眾多基礎(chǔ)研究界的前輩研究員共同工作，和同輩切磋比拼，如饑似渴地學(xué)習(xí)腫瘤學(xué)知識(shí)。劉芝華說，當(dāng)時(shí)自己只是個(gè)30 歲出頭的年輕人，參與這么大的一個(gè)項(xiàng)目，尤其是看到周圍人都特別優(yōu)秀就“坐不住”了，因而拼命努力學(xué)習(xí)，不愿落在他人的后面。

繪制全球最大食管癌全基因組圖譜

食管癌是一種發(fā)病率較高的常見腫瘤，其侵襲性強(qiáng)，預(yù)后差，病因復(fù)雜且機(jī)制多樣。2020 年4 月《柳葉刀·胃腸病學(xué)和肝病學(xué)》發(fā)表的全球195 個(gè)國家地區(qū)的食管癌發(fā)病率、死亡率和可歸因風(fēng)險(xiǎn)因素等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2017 年，全球食管癌新發(fā)病例47.3 萬例，因食管癌死亡43.6 萬例，中國這兩個(gè)數(shù)字分別為23.5 萬例和21.3 萬例，均占到全球近一半。外科手術(shù)治療食管癌已有百年歷史，至今仍是食管癌傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)治療方法之一，在腫瘤內(nèi)科步入“精準(zhǔn)治療”的時(shí)代食管癌藥物治療手段依然十分有限。

在中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院工作的20 多年時(shí)間里，劉芝華的研究主要圍繞食管癌分子機(jī)制層層遞進(jìn)。食管癌有明顯的地區(qū)發(fā)病率差異和家族聚集現(xiàn)象，劉芝華團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)河南、山西等太行山地區(qū)是食管癌高發(fā)區(qū)，他們定期下現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，探索食管癌是否與遺傳相關(guān)，希望能找到明確的遺傳易感基因。雖然經(jīng)過多年努力這一設(shè)想沒有實(shí)現(xiàn)，但當(dāng)時(shí)基本的摸排工作仍然增加了劉芝華對(duì)這一疾病的認(rèn)知。“從現(xiàn)在的角度看，我們覺得同一個(gè)家族的人可能飲食習(xí)慣、生活方式、環(huán)境暴露方面更相似，導(dǎo)致了食管癌家族聚集性明顯。盡管食管癌可能不存在像乳腺癌那樣直接存在的一個(gè)易感基因，但仍有可能是多個(gè)基因相互作用的結(jié)果?！眲⒅トA說。

2015 年，劉芝華團(tuán)隊(duì)開始了大規(guī)模食管癌基因組圖譜測(cè)序分析研究，此時(shí)國內(nèi)也有不少團(tuán)隊(duì)開展了針對(duì)食管癌基因組的研究，但例數(shù)普遍僅有幾十例到上百例且均取樣自新鮮標(biāo)本，僅做DNA 編碼區(qū)外顯子測(cè)序，食管癌基因圖譜的全貌始終模糊不清，基因?qū)κ彻馨┗颊叩呐R床意義、病情發(fā)展和預(yù)后判斷仍無法給出明確的指導(dǎo)。經(jīng)過不懈努力，劉芝華團(tuán)隊(duì)最終完成了超過500 對(duì)患者的全基因組測(cè)序，研究團(tuán)隊(duì)不僅對(duì)能表達(dá)為蛋白質(zhì)的外顯子進(jìn)行了測(cè)序，還對(duì)大量不表達(dá)的非編碼區(qū)內(nèi)含子進(jìn)行了測(cè)序，研究論文于2020 年發(fā)表在Cell Research 雜志上，成為全球公開發(fā)表的最大規(guī)模食管癌基因組圖譜研究?；谶@些基因組信息劉芝華將食管癌進(jìn)行了分子分型，發(fā)現(xiàn)具有NFE2L2（NRF2）通路突變及RTK-RAS-MYC 通路擴(kuò)增的食管癌患者預(yù)后較差，其中具有NRF2 突變的患者尤其差，而沒有相應(yīng)基因突變及通路擴(kuò)增的患者預(yù)后則相對(duì)較好，這一發(fā)現(xiàn)給新藥研發(fā)帶來了啟示。

尋找食管癌新藥靶點(diǎn)

與肺癌、乳腺癌相比，目前可用于食管癌治療的藥物屈指可數(shù)，這是由于發(fā)達(dá)國家食管癌疾病負(fù)擔(dān)較輕，相較于肺癌、乳腺癌等高發(fā)病率的腫瘤，全球頂尖學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)及制藥企業(yè)對(duì)食管癌研究的投入都明顯偏少，研究進(jìn)展相對(duì)滯后。直到2019 年美國FDA 批準(zhǔn)Keytruda（K藥）用于食管癌治療，食管癌才首次迎來新的免疫治療選擇，而靶向藥則無一獲批。在完成全球最大規(guī)模的食管癌基因圖譜測(cè)序后，劉芝華意識(shí)到想要研發(fā)新的靶向藥物，僅對(duì)食管癌進(jìn)行基因?qū)用娴姆中褪遣粔?，“要找藥物的靶點(diǎn)其實(shí)主要是針對(duì)蛋白質(zhì)，不管發(fā)現(xiàn)什么樣的基因突變，最終起作用還是因?yàn)楸磉_(dá)的蛋白不一樣，而蛋白起作用還要通過各種不同的修飾?！眲⒅トA說。

劉芝華認(rèn)為，食管癌或需要一種“多組學(xué)多層面”的分型，她帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在DNA 測(cè)序的基礎(chǔ)上增加了DNA 甲基化、RNA 和蛋白質(zhì)研究，但相較于DNA、RNA 測(cè)序蛋白質(zhì)分析難度大得多。生物界遺傳信息的傳遞有一個(gè)經(jīng)典的“中心法則”，即遺傳信息從DNA 傳遞給RNA，再從RNA 傳遞給蛋白質(zhì)，前后兩個(gè)傳遞過程分別被稱為轉(zhuǎn)錄和翻譯。但由RNA 翻譯而來的“蛋白質(zhì)”實(shí)則為一級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽，還需經(jīng)折疊修飾過程才能成為有生物活性的蛋白質(zhì)，而針對(duì)這些二級(jí)結(jié)構(gòu)修飾過程的研究工作量非基因測(cè)序可及，還需要大量研究。

劉芝華介紹，泛素化是一種可逆的翻譯后修飾過程，由E1 泛素激活酶、E2 泛素結(jié)合酶以及E3 泛素連接酶依次介導(dǎo)完成。發(fā)生泛素化修飾的底物蛋白通常會(huì)被蛋白酶體降解，但也有可能通過非降解途徑影響蛋白活性、定位以及相互作用等。與泛素化過程相反，去泛素化酶通過清除、重編輯底物上的泛素鏈來逆轉(zhuǎn)泛素化修飾。泛素化與去泛素化修飾廣泛滲透到幾乎所有的細(xì)胞生命活動(dòng)當(dāng)中，其異常調(diào)控與包括腫瘤在內(nèi)的多種人類疾病密切相關(guān)。簡(jiǎn)言之，泛素化為細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解的過程，去泛素化則有助于蛋白質(zhì)穩(wěn)定。劉芝華認(rèn)為，這兩個(gè)對(duì)應(yīng)的過程在腫瘤的發(fā)生發(fā)展、侵襲轉(zhuǎn)移、耐藥等方面都發(fā)揮著重要的作用，但泛素化與去泛素化的穩(wěn)態(tài)失衡在人類腫瘤中的作用尚不明確。

2020 年1 月，劉芝華團(tuán)隊(duì)在Cell Reports 上發(fā)表的一項(xiàng)研究，揭示了泛素化與去泛素化過程在鱗狀細(xì)胞癌發(fā)生發(fā)展中的關(guān)鍵作用。研究人員系統(tǒng)闡釋了泛素化與去泛素化過程在調(diào)控ARID1A 穩(wěn)定性，以及調(diào)控鱗狀細(xì)胞癌發(fā)生發(fā)展中的關(guān)鍵作用。研究人員發(fā)現(xiàn)SDC2 是ARID1A 低表達(dá)促進(jìn)鱗狀細(xì)胞癌發(fā)生發(fā)展的下游環(huán)節(jié)，提出的將SDC2 中和抗體應(yīng)用于ARID1A低表達(dá)的鱗狀細(xì)胞癌患者的治療方法具有潛在的臨床應(yīng)用意義。

2021 年3 月，劉芝華團(tuán)隊(duì)在Advanced Science 雜志上發(fā)表論文，闡述了去泛素化酶OTUD1 在腫瘤細(xì)胞凋亡與化療耐藥中扮演的關(guān)鍵角色。研究人員利用體內(nèi)篩選模型發(fā)現(xiàn)，在順鉑耐受的腫瘤細(xì)胞中去泛素化酶OTUD1 表達(dá)量顯著降低，通過對(duì)臨床標(biāo)本的進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)OTUD1 低表達(dá)與患者不良預(yù)后顯著相關(guān)，該研究為食管鱗癌臨床治療開拓了新的思路。除了泛素化與去泛素化研究外，劉芝華團(tuán)隊(duì)還探索了丁?；?、乳酸化等修飾方式對(duì)食管癌的影響，旨在找到與不同蛋白修飾有關(guān)的靶點(diǎn)，以指導(dǎo)拓展食管癌新的診療方式。

劉芝華介紹說，他們團(tuán)隊(duì)根據(jù)多組學(xué)多層面的結(jié)果將食管癌分為4 類，結(jié)合多維組學(xué)數(shù)據(jù)和功能機(jī)制等系統(tǒng)研究，提出了更全景的食管癌個(gè)體化精準(zhǔn)診療策略，并為食管癌靶向治療、預(yù)后判斷及療效預(yù)測(cè)提出多個(gè)新的候選分子，包括一些已經(jīng)獲批可用于治療其他腫瘤的“老藥”也因此重獲潛力，針對(duì)食管癌適應(yīng)證已進(jìn)入臨床研究階段。

劉芝華舉例介紹，以細(xì)胞周期抑制劑為例，細(xì)胞周期是細(xì)胞生命活動(dòng)的基本過程，而核心細(xì)胞周期機(jī)制活動(dòng)也廣泛存在于各類腫瘤，許多科學(xué)家試圖尋找與細(xì)胞周期相關(guān)的藥物。直到2015 年，全球首個(gè)細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶（cyclindependent kinase，CDK）4/6 抑制劑Palbociclib 才獲批在美國上市，2018 年進(jìn)入中國用于乳腺癌治療。

“科學(xué)家一直在想辦法尋找細(xì)胞周期相關(guān)藥物，前些年基本上都失敗了，近年來乳腺癌領(lǐng)域出現(xiàn)了CDK4/6 抑制劑，針對(duì)雌激素受體（estrogen receptor，ER）陽性、人表皮生長因子受體-2（human epidermal growth factor receptor 2，HER2）陰性的乳腺癌患者效果很好。從分子機(jī)制看，乳腺癌ER 陽性可激活細(xì)胞周期蛋白（Cyclin）D1 高表達(dá)，而食管癌例也存在Cyclin D1 大量擴(kuò)增，這意味著CDK4/6 抑制劑可能具備食管癌治療潛力，但仍需臨床試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證?！眲⒅トA說。

劉芝華坦言，總體而言全球食管癌研究空白仍多，由于肺癌、乳腺癌全球高發(fā)，世界各國科學(xué)家均投入了大量人力和資源進(jìn)行研究，這些腫瘤目前已進(jìn)入“精準(zhǔn)治療”時(shí)代。在中國進(jìn)行食管癌研究一直要有一種“使命感”，全球50%的食管癌病例在中國，全世界做得最好的研究也在中國，需要中國學(xué)者繼續(xù)投入更多的精力和關(guān)注。但國內(nèi)現(xiàn)在的研究離真正解決患者的臨床問題還有不少距離。食管癌各個(gè)環(huán)節(jié)都還有太多的問題要研究，但我們?nèi)绻粓?jiān)持做下去，可能再過多少年食管癌的治療依然還是沒有好方法，因此一定要堅(jiān)持做下去，相信不遠(yuǎn)的將來中國的食管癌患者將迎來更多的治療選擇。

腫瘤微環(huán)境影響乳腺癌療效

乳腺癌居女性惡性腫瘤之首，其中三陰性乳腺癌（triple-negative breast cancer,TNBC）是復(fù)發(fā)率和死亡率最高的乳腺癌亞型。TNBC 對(duì)激素療法和靶向療法均無效，目前以傳統(tǒng)化療為主要治療手段，但效果并不理想。盡管癌癥免疫治療已進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，TNBC 的免疫治療卻仍舉步維艱。

腫瘤微環(huán)境是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，其中固有免疫和適應(yīng)性免疫細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞、癌細(xì)胞及其相互作用，構(gòu)成精細(xì)的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，共同決定癌癥的發(fā)生和發(fā)展。早期IMpassion 130 臨床試驗(yàn)表明，anti-PD-L1 抗體阿替利珠單抗（Atezolizumab）聯(lián)合白蛋白結(jié)合型紫杉醇（Nab-paclitaxel），能夠顯著降低PD-L1 陽性TNBC 患者的無疾病進(jìn)展或死亡風(fēng)險(xiǎn)，但近期的IMpassion 131 臨床試驗(yàn)表明，阿替利珠單抗聯(lián)合紫杉醇卻無法使TNBC 患者獲益。不同臨床試驗(yàn)的結(jié)果差異提示不同的化療藥物可能會(huì)導(dǎo)致不同的腫瘤微環(huán)境特征，進(jìn)而影響免疫檢查點(diǎn)抑制劑的治療效果，系統(tǒng)解析用藥前后腫瘤微環(huán)境變化是理解免疫治療及化療藥物作用機(jī)制，提高TNBC 整體治療效果的關(guān)鍵。

2021 年10 月14 日，劉芝華教授、北京大學(xué)生物醫(yī)學(xué)前沿創(chuàng)新中心（BIOPIC）張澤民教授、中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院馬飛教授和徐兵河教授合作，在Cancer Cell 以Research Article 形式在線發(fā)表了題為Single-cell analyses reveal key immune cell subsets associated with response to PD-L1 blockade in triple negative breast cancer 的研究論文。研究人員收集了來自22 例TNBC 患者治療前和治療后的78 例配對(duì)樣本，其中11 例接受阿替利珠單抗聯(lián)合紫杉醇化療，11 例接受紫杉醇單藥化療，通過整合單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序、T 細(xì)胞受體序列測(cè)序和染色質(zhì)可及性測(cè)序，構(gòu)建了TNBC 患者腫瘤微環(huán)境和外周血來源免疫細(xì)胞的高分辨率轉(zhuǎn)錄組和表觀組動(dòng)態(tài)圖譜。該研究系統(tǒng)比較了響應(yīng)患者和非響應(yīng)患者的腫瘤微環(huán)境及外周血免疫特征，闡明了免疫細(xì)胞在不同治療方案下的動(dòng)態(tài)變化，揭示了anti-PD-L1免疫治療聯(lián)合紫杉醇化療在TNBC中的作用機(jī)制。

通過比較聯(lián)合用藥組不同響應(yīng)患者的腫瘤及外周血免疫細(xì)胞的組成差異，研究人員發(fā)現(xiàn)響應(yīng)患者的腫瘤微環(huán)境富集了兩群高表達(dá)CXCL13 的T 細(xì)胞，即CD8-CXCL13 和CD4-CXCL13，這兩群細(xì)胞同時(shí)高表達(dá)T 細(xì)胞毒性和“耗竭”相關(guān)基因。為了進(jìn)一步精確刻畫不同免疫細(xì)胞的組成成分和比例變化與治療效果的關(guān)聯(lián)，研究人員設(shè)計(jì)了“預(yù)測(cè)指數(shù)”和“治療指數(shù)”兩個(gè)指數(shù)，通過對(duì)兩個(gè)指數(shù)的分析研究人員發(fā)現(xiàn)更高基線水平的CD8-CXCL13 和CD4-CXCL13，能夠預(yù)測(cè)更好的免疫治療響應(yīng)。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)響應(yīng)患者的腫瘤微環(huán)境中富集了兩群高表達(dá)CXCL9 和CXCL10 的促炎性巨噬細(xì)胞，且這兩群促炎性巨噬細(xì)胞與CXCL13+T 細(xì)胞存在顯著正相關(guān)。

通過比較化療組和聯(lián)合用藥組免疫細(xì)胞的動(dòng)態(tài)變化，研究人員發(fā)現(xiàn)與聯(lián)合用藥相反，紫杉醇單藥化療方案能夠顯著降低響應(yīng)患者腫瘤微環(huán)境中的CXCL13+T 細(xì)胞，并導(dǎo)致具有免疫抑制功能的巨噬細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中富集。上述發(fā)現(xiàn)表明紫杉醇化療方案可能會(huì)削弱核心抗腫瘤免疫細(xì)胞，而免疫檢查點(diǎn)抑制劑則能夠顯著增加核心抗腫瘤免疫細(xì)胞，提示紫杉醇化療方案與阿替利珠單抗聯(lián)合應(yīng)用時(shí)，會(huì)影響anti-PD-L1 抗體對(duì)TNBC 患者的治療效果。該研究揭示了TNBC 患者對(duì)于anti-PD-L1免疫治療敏感和耐藥的分子機(jī)制，鑒定了關(guān)鍵免疫組分及其在免疫檢查點(diǎn)抑制劑和紫杉醇化療方案下的動(dòng)態(tài)變化，闡明了紫杉醇化療與阿替利珠單抗聯(lián)合應(yīng)用不能有效增加TNBC 患者治療效果的原因。這一研究的科學(xué)發(fā)現(xiàn)為解析腫瘤及其他疾病中免疫細(xì)胞的動(dòng)態(tài)調(diào)控機(jī)制，指導(dǎo)TNBC 患者臨床分型以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)治療以及開發(fā)新的臨床檢測(cè)與治療手段提供了新的思路。（封面圖為中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院劉芝華教授）