昨天獲得諾貝爾獎的科學成果背後,還有這位華人的重大貢獻

2021-01-13 快科技

2017年9月,王廣良與Gregg L. Semenza在杭州西湖。本圖由受訪者提供。

王廣良1992年-1995年在約翰霍普金斯大學Gregg L. Semenza實驗室從事博士後研究。他在克隆缺氧誘導因子(HIF)方面的工作,為2019年諾貝爾生理醫學獎的獲獎成果奠定了重要基礎。

昨天,2019年諾貝爾生理學或醫學獎公布,發現細胞感知和適應氧氣機制的三位科學家獲獎,其中兩位來自美國,一位來自英國。

在諾獎官方提供的五篇核心文獻中,有一篇克隆低氧誘導因子(HIF)蛋白的文章,第一作者為華人學者王廣良。

王廣良,1963年10月10日出生,1983年本科畢業於杭州大學生物系,1986年畢業於中科院細胞所,1991年博士畢業於亞利桑那州立大學,1992年-1995年在約翰霍普金斯大學Gregg L. Semenza實驗室從事博士後研究。他在1995年克隆缺氧誘導因子(HIF)的工作,為2019年諾貝爾生理醫學獎的獲獎成果奠定了重要基礎。

王廣良現在美國大冢製藥公司(Otsuka American Pharmaceutical)任職,從事新藥的研發工作。

北京時間2019年10月7日晚上8點,《知識分子》對王廣良進行了專訪,請他介紹做出這一工作的過程以及低氧誘導因子發現的重要影響。

以下為專訪內容。為了行文的簡潔,文字有編輯。

氧氣不僅僅為生命提供能量

《知識分子》:王老師好,在本次諾貝爾生理醫學獎獲得者Gregg L. Semenza教授的工作裡,1995年的一篇PNAS論文是關鍵文獻之一,你是第一作者。能否介紹一下這篇論文的主要研究內容,以及你在Semenza教授實驗室做博士後工作的經歷?

王廣良:1991年底,我博士畢業後到霍普金斯大學做博士後,研究細胞如何感受氧氣濃度並改變生理代謝功能的。氧氣跟細胞能量代謝密切相關。但是氧氣的作用不只限於給細胞提供能量,進化過程中形成的很多生理功能其實都是受氧氣來調控的。

比如在供氧量不足的情況下,作為一種反饋機制,機體會增加紅細胞的數量來增加供氧,這種補償機制就是氧氣作為調控信號的一個例子。低氧信號能夠誘導促紅細胞生成素(EPO,可通過生物工程獲得,用於治療貧氧)生成,進而促進骨髓造血系統增加紅細胞的分化。目前國內已經有一個藥物上市,叫做羅莎司他,通過穩定HIF(缺氧誘導因子)來治療貧血。這個藥物是國內有史以來批下來的第一類新藥,是美國的一個公司做的。

我在霍普金斯大學做的第一個科研項目,就是去研究細胞如何感受低氧環境進而增加EPO基因的轉錄表達的。

首先,我們在實驗室裡給細胞培養箱輸入低濃度的氧氣來模擬低氧環境,去尋找細胞內促紅細胞生成素基因感受氧氣濃度的關鍵序列,也就是轉錄增強子。如果刪掉或突變這部分序列,EPO感受氧氣濃度的能力就會下降。接下來我們又去尋找與轉錄增強子結合的轉錄因子。但是轉錄因子在細胞中的量是非常少的。我們當時的工作量非常大,在培養罐中培養了大量的人類Hela細胞株,為的就是能夠過柱篩選到有活性的蛋白因子。其中最關鍵的一個方法,就是用EPO基因增強子序列做成親和柱,篩選能夠結合併調控EPO基因表達的轉錄因子。最終,我們從培養的幾百升細胞懸液裡得到了幾毫克的HIF蛋白,再用蛋白酶把它切成小片段拿去做蛋白測序,根據得到的胺基酸序列來推導DNA序列,再把推導出來的DNA序列設計成探針,到基因庫裡面去釣HIF基因,最終完成了HIF基因的克隆。這總共花了一年多時間。

成功克隆HIF基因之後,就可以做很多研究了。

我在霍普金斯大學的前兩年是做博士後,後作為助理研究員工作了一兩年,之後就到公司工作了。我還是希望能夠以HIF為靶點找到治療藥物,希望至少能夠建立乳腺癌或者前列腺癌腫瘤模型。當時是90年代末,大家對於HIF的了解還沒有那麼深入,我當初的項目並沒有開展下去,但是之後我還是在公司裡做新藥開發的工作。

現在已經過了20年了,這期間,不光是我的導師實驗室,其他很多實驗室也做了非常多的工作,現在對此方法機理的了解已經相當多了。很多製藥公司也以HIF作為靶點來做藥物的篩選開發,非常熱門。

印象深刻的是在冷庫做實驗

《知識分子》:當時為什麼選擇去Semenza教授實驗室做博後?

王廣良:霍普金斯大學在美國是屬於數一數二的醫學院,而且我覺得這個課題非常有意義,因為氧氣對細胞的功能是非常基礎的。當時,Semenza教授在霍普金斯大學剛做完博士後。他是位醫生,也是理學博士,非常聰明。平時他要接待病人、教學,還要做科研,所以實驗室的工作主要是我做的。我跟他在實驗室的合作非常愉快。

這項工作印象最深刻的,就是純化HIF轉錄因子的時候,因為不能讓蛋白失活,整個工作需要在低溫進行。過柱篩選步驟就是在冷庫裡進行的,我總是穿很厚的衣服再穿個白大褂,顯得很胖,其實我本人是很瘦的。離心機、柱子、試管和其他的東西都放在四攝氏度以下的冷庫裡。我每天在裡面待很久,實在冷的不行了出來暖和一下再進去。

Semenza在南方科技大學做學術交流時的PPT照片。圖中人物照分別為在Semenza實驗室時期的王廣良與最近的王廣良。本圖由受訪對象提供。

關鍵論文有兩名華人學者參與

《知識分子》:我看論文還有一位作者署名是Jiang BH?他也是華人嗎?

王廣良:對,他是華人,中文名為江秉華。他是之後進實驗室的,做了很多HIF基因功能方面的工作,比如說HIF對VEGF的調控功能,證實了克隆出來的蛋白確實在細胞裡面起作用。

我是Semenza教授的第一個博士後,江是他的第二個博士後,參與了後期的克隆的工作,另外一個就是我們的實驗員,當時實驗室只有我們這四個人。我剛加入的時候,Semenza教授剛剛成為助理研究員,經費不多。他做博士後的大老闆非常支持,很多儀器設備我們當時都是用大老闆實驗室的。我們也用了其他教授的儀器設備。

我的導師對科學非常專注,他的研究內容就專注於HIF基因。

《知識分子》:如果在大老闆的實驗室裡邊做,在國內的話可能論文還會署上大老闆的名字的現象。這篇PNAS論文只有你們實驗室四個人的名字?

王廣良:對。其實大老闆並沒有具體參與這項工作,不過我在論文致謝裡特別感謝了很多提供幫助的人。在Semenza教授寫的拉斯克獎相關的CELL文章(《Serendipity, Generosity, and Inspiration》)中,他把我的照片放在了中間,旁邊還放了很多人的照片,就有他的導師,還有現為霍普金斯大學負責科研和國際合作的副校長,當時他是實習醫生,也是我同事。

圖源:Cell 167, September 22, 2016

低氧信號通路在健康領域的潛在應用

《知識分子》:國內批下的第一個治療貧血的新藥是在你的研究基礎上做的嗎?

王廣良:這個藥是以HIF蛋白修飾酶作為靶點來做的,是另外一個公司做的,但也顯示出HIF可以成為藥物開發的新靶點。我在製藥公司主要是做腫瘤、眼科和精神藥物的開發,希望在HIF方面發現新的應用。

《知識分子》:低氧信號通路的研究對我們的生活有什麼樣的影響?

王廣良:低氧信號通路有很多潛在應用。比如促進EPO表達可以治療貧血,這是通過穩定HIF的功能來起作用的。我前幾年也試著通過抑制HIF的功能來治療腫瘤,比如乳腺癌。現在藥物還在開發中。

對腫瘤來說,失去控制的腫瘤細胞會形成細胞團,細胞團的內部是缺氧的,但由於毛細血管能進入,給腫瘤細胞提供了養料。所以如果能夠阻斷HIF的功能,不讓毛細血管進入,腫瘤細胞團就會壞死。目前,血管內皮生長因子(VEGF)是一個已知的治療靶點,已經有很多上市藥物。VEGF就是受HIF來調控的,其他如PDGF(Platelet-derived growth factor,血小板衍生生長因子)等與細胞生長有關的因子也都是受HIF調控的。因此,如果阻斷HIF的話,就能從上遊來治療腫瘤,效果會更好。而且,我們找到了一些抑制HIF功能的小分子化合物,相比目前市場上靶向VEGF的蛋白藥等,小分子化合物的價格會低得多。HIF功能很多,也能抑制腫瘤幹細胞生成,抑制腫瘤對某些化療藥的抗藥性。

另外,老年黃斑、糖尿病相關的視網膜病變,都是因為眼睛裡面血管異常生長所致。糖尿病或者在陰暗的環境下長時間看手機,都會造成視網膜極度缺氧和HIF過量表達,誘導血管異常生長,造成視網膜形狀和功能受損。通過抑制HIF來使血管萎縮的方法或可以治療老年黃斑和視網膜病變。這也是我們現在研究的一個領域。

在心血管疾病方面,心肌梗塞、血流不暢造成的下肢癱瘓以及肺源性高血壓等都跟血流供氧有關。心肌梗塞最明顯了,因為血管堵塞,心肌細胞缺少供氧而壞死,所以,研發能夠立刻恢復心肌細胞功能的藥物非常重要。另外,目前已有公司通過HIF基因治療在下肢血流不暢的病人中改善血流和供氧。

綜上,我們的工作在貧血、腫瘤、眼科以及心血管疾病方面都極具應用價值。我當初離開霍普金斯大學,也是為了能夠開發出對病人有用的藥物。當然那時候還比較早,進展比較慢,目前有些藥已經進入臨床後期了。

《知識分子》:受HIF調控的VEGF藥物已經成功應用臨床了嗎?

王廣良:對,VEGF就是我們剛才說的血管內皮生長因子,這是一個很成功的靶點。有很多單克隆抗體藥物以它為靶點。VEGF的作用範圍比較窄,所以其他方面的影響比較小,做藥就比較容易。但是HIF的功能要比它廣得多,VEGF只是受其調控的其中一個因子。與血管生長分化相關的至少還有5-6個生長因子。

目前上市的單克隆抗體藥物,比如說avastin,是通過抑制VEGF來治療腫瘤或眼部疾病,收益很大。但是它並非對所有病人都有用,VEGF的作用可能只有40%-50%,還有50%-60%來自其他5-6個生長因子的作用。所以說單獨抑制VEGF並不能對所有腫瘤以及老年黃斑都有效。另外,因為生理補償作用的存在,靶向VEGF的療效過一段時間就慢慢減退了。這是由於當VEGF被抑制的時候,其他幾個生長因子的表達就增加了。

所以,如果以HIF為靶點,HIF調控下遊的所有生長因子都會被抑制。因此HIF的應用範圍更廣,按道理說療效應該會更好,當然還需要進一步的驗證。

運氣好是因為一門心思做事情

《知識分子》:當時做研究的時候有沒有想過相關工作可能會獲諾獎?

王廣良:當時沒這麼想,但是之後我覺得這個是非常重要的發現,這些工作還是要歸功於霍普金斯大學良好的研究環境和條件,給我們的課題提供了很多支持。

《知識分子》:你在Semenza實驗室做相關研究的時候有沒有競爭對手?

王廣良:有的。這次同時獲得諾獎的有三個實驗室。其實,獲獎實驗室的工作都是以我當初在霍普金斯大學做的HIF基因克隆工作為基礎的。當然之後他們做得非常深入,非常重要。

當時,英國實驗室也在尋找一種克隆方法,和我在霍普金斯大學實驗室要做的工作一樣,但他們的方法跟我們的不一樣,最後是我們先做出來的。當時我們也有許多交流,他們認為我的克隆方法不太可能實施,因為這個因子在細胞裡是非常微量的,要通過大量培養細胞來純化因子,又要去做測序並篩選基因,工作量太大了。但是我們仍然一步一步地做了,從92年初開始到93年把基因克隆出來,論文是95年發表的。我用的方法確實工作量很大,需要從數個培養搖罐中得到的幾百升細胞培養液裡純化得到幾個微克的東西,也就是小試管底部的一點點東西,萬一不小心丟掉了就要從新開始做。我的運氣比較好,從頭到尾做下去都非常順利,沒有出現用錯試劑、丟掉樣品或樣品失活的事情。其實運氣好也主要是因為當初一門心思做事情,覺得這項工作非常有意義。

現在從事藥物研發

《知識分子》:你離開約翰霍普金斯大學之後做了什麼工作?

王廣良:我更希望能夠在藥物開發領域能夠做一些工作,但是藥物研發需要多年的投入、大量的資金。當然主要是對於缺氧信號通路及HIF的功能機制還尚未有深入了解,所以儘管我們篩選了很多的先導分子,進展仍比較緩慢。但這些工作非常重要,我希望能夠在應用領域做點事情。現在有很多人都在做,不管誰能夠做出來,不管是哪個公司,是不是跟我有關係,我都會非常高興,因為畢竟是造福病人的。

前幾年我回國來,希望能夠找到投資,但是一直沒有落實。因為新藥開發需要至少五到十年的時間,上億的投入,而國內真正能夠投入做新藥開發的還是很少,多為Me too、Me better,即在別人的基礎上稍微改進或者做得不一樣一點。而對HIF來說,是屬於新靶點、新機理的First-in-Class藥物開發,風險還是蠻大的。

我覺得諾貝爾獎的頒布是一個契機,關於這個領域的靶點研究會得到加強,說不定我以後再找投資也會比較有說服力。

《知識分子》:現在跟Semenza教授有聯繫嗎?

王廣良:有聯繫。前幾年我拉他一起到國內來成立公司研發藥物。他是願意做這個事情的,我們已經在杭州成立了公司。但是資金沒有到位,最後我們沒有開展起來,有點可惜。之後就開始了貿易戰,國際交流方面也可能會有問題。

我的導師認為我們的工作在基礎研究方面是非常重要,當然如果研發出應用價值就會幫助更多的人。目前,上市的貧血治療藥物並不是我們自己做的,不過卻證實了HIF的很多潛在應用價值,是一個很重要的研究領域。這也可能是這麼早獲得諾貝爾獎的原因。我本來覺得可能要等到腫瘤治療相關藥物出來之後才會獲獎,畢竟其貢獻並不能只限於基礎研究,要能夠真切地造福人類健康。總之,不管是我們自己做還是別的公司做,都是很有意義的事情。

圖說:2017年,Semenza(右四)到浙江大學做學術交流。左三為王廣良。本圖由受訪者提供。

《知識分子》:現在你們的專利是不是已經授權給一些公司去做了?

王廣良:當初我們拿到克隆HIF基因的專利大概是1998年,現在這個專利已經過期了。以後的專利都是屬於做藥物開發的公司的。現在基本上大家也都能做了,也不一定有專利的限制了。

《知識分子》:回想20多年前的相關工作奠定了今年諾獎的基礎,最後,還有什麼想和我們分享的嗎?

王廣良:我是從浙江天台農村出來的,當初山區條件很差,後來見證了國內改革開放的成績,我覺得我的科研經歷還是很有意義的。尤其是現在國內對製藥領域非常重視,有很大的投入,希望出現真正的新藥、好藥。

《知識分子》:對了,你是哪一年出生的?

王廣良:今天剛好是我的農曆生日!是我很好的一個生日禮物。1963年9月初九重陽日是我的生日,我的護照上面是公曆的10月10日。

《知識分子》:你還沒有和Semenza聯繫吧?

王廣良:我剛剛給他寫了個郵件,祝賀他獲得諾貝爾獎。

《知識分子》:他還不知道今天是你的生日吧?

王廣良:他不知道,他以為我是證件上用的10月10號生日。只有我家裡人知道我的農曆生日。

《知識分子》:祝賀你,也祝你生日快樂!

王廣良:謝謝!總之,這項工作是有我們中國人參與貢獻的,也是很有意義的事情。

註:採訪當天是重陽節。

文章來源:騰訊科技

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