科學(xué)家利用明星分子推動(dòng)癌癥早篩工作 抓住腫瘤細(xì)胞特征的古蛋白分子

一次腫瘤細(xì)胞的意外死亡，讓一種明星分子浮出水面。

“這種分子是在七鰓鰻的免疫系統(tǒng)中找到的，它能夠識(shí)別出人體腫瘤細(xì)胞，并從外面打孔，讓腫瘤細(xì)胞死亡。”研發(fā)團(tuán)隊(duì)帶頭人、遼寧師范大學(xué)原副校長(zhǎng)李慶偉教授介紹，目前正利用這種明星分子推動(dòng)癌癥早篩工作。

日前，在科技成果評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)組織的鑒定會(huì)上，一種獨(dú)特的免疫蛋白分子引起了評(píng)審專家的興趣。

“腫瘤細(xì)胞死亡時(shí)的照片上，周邊有起泡的現(xiàn)象非常有意思。”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃首席科學(xué)家南京大學(xué)李朝軍教授表示，這個(gè)情況和細(xì)胞焦亡挺像，值得更進(jìn)一步的研究和應(yīng)用。

本想向腫瘤細(xì)胞學(xué)習(xí)，卻把它殺死了

七鰓鰻在地球上已經(jīng)生活了5.5億年，被戲稱為“僵尸魚”，介于無脊椎動(dòng)物和脊椎動(dòng)物之間。

“人或者魚的免疫器官有胸腺、脾臟，但七鰓鰻還沒進(jìn)化出來，它的免疫器官被稱為神經(jīng)軸體。”遼寧師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院副教授韓英倫告訴科技日?qǐng)?bào)記者，這種現(xiàn)存免疫器官之前的狀態(tài)，使得它編碼的蛋白有著獨(dú)特性。

由于七鰓鰻分布在我國(guó)的遼河流域、黑龍江水系等區(qū)域，研究團(tuán)隊(duì)“靠水吃水”，希望把七鰓鰻請(qǐng)進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，通過建立細(xì)胞系培養(yǎng)技術(shù)，造出用之不竭的七鰓鰻細(xì)胞。

“這個(gè)愿望一直沒能成功，我就想把七鰓鰻細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞放在一起培養(yǎng)，會(huì)不會(huì)腫瘤細(xì)胞能釋放出一些因子，幫助七鰓鰻細(xì)胞活下來。”李慶偉回憶，沒想到的是，腫瘤細(xì)胞都死亡了。

重復(fù)試驗(yàn)，再重復(fù)，結(jié)果還是一樣。換了不同的腫瘤細(xì)胞來試結(jié)果仍舊一樣。研究團(tuán)隊(duì)感覺七鰓鰻細(xì)胞一定分泌了一種獨(dú)特的物質(zhì)，對(duì)腫瘤細(xì)胞是致命的。

為了找到這種物質(zhì)，團(tuán)隊(duì)大量收集細(xì)胞培養(yǎng)上清，通過蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)最終在眾多蛋白中鎖定了LIP蛋白。

圍繞這一蛋白的系統(tǒng)研究在后來的十幾年中逐漸推展開——破解蛋白結(jié)構(gòu)、解碼對(duì)應(yīng)DNA序列、分析蛋白結(jié)構(gòu)中的不同功能……

謎題一一解鎖，但人們最關(guān)心的是：古蛋白究竟是怎么殺死腫瘤細(xì)胞的?

抓住腫瘤細(xì)胞特征的古蛋白分子

光學(xué)顯微鏡下，一場(chǎng)殺戮由近及遠(yuǎn)次第展開。

“我們給LIP‘鍍上’熒光，標(biāo)記了熒光基團(tuán)的蛋白分子進(jìn)入腫瘤細(xì)胞培養(yǎng)液，能從顯微鏡下看到熒光迅速聚集到了腫瘤表面，腫瘤細(xì)胞膜隨后破裂。”遼寧師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授逄越展示的照片復(fù)盤了整個(gè)過程：腫瘤細(xì)胞表面出現(xiàn)了大的孔洞，腫瘤細(xì)胞里的內(nèi)容物全部外泄出來，死亡過程非常短暫。

更有趣的結(jié)果發(fā)生在研究團(tuán)隊(duì)“到掃戰(zhàn)場(chǎng)”時(shí)。他們把腫瘤細(xì)胞表面的古蛋白做了收集檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，殺伐時(shí)蛋白不單兵作戰(zhàn)，而是“組團(tuán)”的聚合體。“我們提出了識(shí)別、定位、聚集、殺傷的機(jī)制。”逄越說，研究表明聚合體越多殺傷作用越大。

接下來的研究分兩步：古蛋白怎樣發(fā)揮了識(shí)別和殺傷的作用?腫瘤細(xì)胞上有什么讓LIP識(shí)別了出來?

“細(xì)胞膜表面有3種信號(hào)分子：糖、蛋白、磷脂，哪種都有可能。”李慶偉回憶，搞清楚前自己最不希望它識(shí)別糖分子，因?yàn)閳F(tuán)隊(duì)在該領(lǐng)域要從頭學(xué)起。

最怕什么就來什么，最后團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)古蛋白就是識(shí)別“糖”的。整個(gè)機(jī)制的解析花了團(tuán)隊(duì)五年，終于弄清楚，蛋白上“凝集素”的結(jié)構(gòu)域負(fù)責(zé)“指認(rèn)”，“氣單胞菌溶素”結(jié)構(gòu)域能深深地插入腫瘤細(xì)胞膜搞破壞。

團(tuán)隊(duì)還對(duì)識(shí)別的結(jié)構(gòu)域進(jìn)行了突變改造，發(fā)現(xiàn)突變后就不再具有識(shí)別殺傷能力了。

明星分子“小試牛刀”

機(jī)制清晰，研究走到了應(yīng)用階段。面前的路似乎順理成章：做藥治療腫瘤。但由于直接進(jìn)入人體，道阻且長(zhǎng)。

團(tuán)隊(duì)決定先讓明星分子小試牛刀，在檢測(cè)領(lǐng)域做驗(yàn)證。健康中國(guó)行動(dòng)要求強(qiáng)化癌癥早篩。膀胱癌檢測(cè)一直痛苦得讓患者望而卻步，不愿早篩，實(shí)現(xiàn)“滴尿”篩查將讓癌癥發(fā)現(xiàn)大大提前。

“我們將明星分子做成了檢測(cè)試紙。尿液中脫落的膀胱表皮細(xì)胞如果有腫瘤的跡象，馬上會(huì)被預(yù)警。”韓英倫說，團(tuán)隊(duì)先從學(xué)校職工體檢的尿檢入手建立了指示分子含量的對(duì)照表，然后與大連市的幾家醫(yī)院合作進(jìn)行臨床研究，腫瘤患者的值會(huì)高過正常值2-3倍。

相關(guān)研究數(shù)據(jù)顯示，利用LIP特異性識(shí)別腫瘤細(xì)胞的技術(shù)，尿液檢測(cè)膀胱癌的LIP免疫熒光試紙靈敏性達(dá)到85%，特異性可達(dá)92%，簡(jiǎn)單、快速、微量、無創(chuàng)。

“國(guó)際上這類檢測(cè)試劑不多，美國(guó)FDA目前有三款試劑盒上市。”評(píng)審專家、大連醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院院長(zhǎng)劉志宇教授表示，作為我國(guó)自主研發(fā)的檢測(cè)產(chǎn)品，尤其是從靶點(diǎn)開始的源頭創(chuàng)新，目前的研究進(jìn)展令人震撼。評(píng)審專家一致認(rèn)為，該項(xiàng)目具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

從在“僵尸魚”中挖掘明星分子的基礎(chǔ)研究到醫(yī)院中“滴尿”早篩的試劑盒產(chǎn)品，一項(xiàng)科技成果“從零到一”的轉(zhuǎn)化中涵蓋了研究團(tuán)隊(duì)、企業(yè)、醫(yī)院、藥監(jiān)管理部門、科技評(píng)價(jià)單位等多方的共同推進(jìn)。李慶偉表示，團(tuán)隊(duì)未來仍會(huì)兩頭發(fā)力，一方面從物種進(jìn)化的角度，希望更進(jìn)一步從“活化石”生物中了解到生命進(jìn)化的機(jī)制，從而找到包括人類在內(nèi)的脊椎動(dòng)物的大腦、免疫系統(tǒng)進(jìn)化的路徑。另一方面，應(yīng)用性研究的優(yōu)化工作也持續(xù)跟進(jìn)，例如大量的臨床病例數(shù)據(jù)積累后的進(jìn)一步分析顯示，炎癥的發(fā)生也會(huì)在檢測(cè)指標(biāo)上反映出來，這提示我們或許可以擴(kuò)展應(yīng)用領(lǐng)域。而臨床研究的新問題也對(duì)基礎(chǔ)研究產(chǎn)生了再啟示，例如，腫瘤與炎性環(huán)境的關(guān)系等機(jī)制問題也值得持續(xù)跟蹤。

據(jù)介紹，相關(guān)研究多年來得到科技部國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、遼寧省高等學(xué)校重大科技平臺(tái)等項(xiàng)目支持。(科技日?qǐng)?bào)記者 張佳星)

關(guān)鍵詞： 科學(xué)家 明星分子 癌癥早篩 古蛋白分子