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王凯亮 | 启动驱赶大型疾病的“生命引擎”
来源：互联网
2024-11-12 00:18:28 版权归原作者所有，如有侵权，请联系我们
人类须臾不可离酶。酶是生命的引擎，所有的生命都依赖酶，我们体内的每一个细胞中，都填充着许多“分子机器”，无时无刻不在“帮助”细胞组装和回收利用生物分子，使之持续不停地运转下去，新陈代谢过程的各种阶段，也都需“望‘酶’止渴”，而这些过程的周而复始，就是生物意义上的“活着”。
▲王凯亮
但显而易见，人类对于生命的要求绝不止于基本的生存，还追求健康的质量。而当躯体运转失常，疾病出现时，了解酶的作用机理对延缓病程和提出治疗方案同样起着至关重要的作用。这也是国家自然科学基金委最终决议将2023年度优秀青年科学家基金项目（港澳）颁给香港浸会大学中医药学院副教授王凯亮的原因，由他主持的“探索2型糖尿病的分子机制及治疗策略”相关健康研究项目，将有望在金属蛋白酶和糖尿病研究领域取得重大突破，为糖尿病的治疗和相关药物的开发提供新的可能性。
“在探索糖尿病的发病机制和治疗策略方面，我们的研究有两个重要方向。首先，基于前期对金属蛋白酶（MT1-MMP）的基础研究，我们期望能研发创新药物。其次，我们将继续识别其他金属蛋白酶在基础研究中的作用。”这是王凯亮在相关报告书中许下的心愿，也再次提出他自求学起十数年来一直深潜的研究领域——金属蛋白酶。
关爱从不罕至
依山而建的香港大学（简称“港大”）是王凯亮最初的筑梦之地。一开始走入这所高校时，他不过18岁的年纪。但他心智成熟、志向坚定，因此校园各处都曾留下他苦读背书的身影。在港大这座“百年名校”中蓬勃生长，令王凯亮在多年后仍深感庆幸，但最令他感慨的还要数港大开放自由的学风、兼容的知识体系和国际化的课程设置为他提供的那些“开眼看世界”的机遇。在这方大有可为的天地里，他幸运地遇到了周中军教授，也遇到了蛋白酶。
燃起王凯亮科研兴趣的第一个课题有关衰老，这也是周中军教授长久以来深研的主题。数十年坚守在骨骼发育信号调控、血管发育、早衰症及基质蛋白酶等方面的研究岗位上，周教授早已成为蜚声国际的行业专家，但更难得的是，他在学生眼中始终都是一位严谨谦逊、平易近人的前辈。“在周教授的课题组中，我获得了极为自由的学术空间。他不会充当规定前行方向的严厉‘大家长’，只会默默做好每位研究人员的强力后盾，紧迫时指引、闲暇时关怀。”也正是在这样的研讨氛围下，“抑制剂是否能够有效促使核纤层蛋白（lamin A）恢复功能，从而延缓早衰过程”的答案才初步得以呈现。
与皱纹滋生、肌肉松弛的自然衰老不同，早衰症（又称何奇森-吉尔福德早年衰老综合症，HGPS）是一种罕见的常染色体隐性遗传病。一旦罹患此症，人身体衰老的过程会较正常加快5～10倍，不仅生长发育迟缓，身体脂肪减少，肌肤老化松弛，样貌像老人；器官也会很快衰退，出现髋关节脱位、动脉硬化、心血管（心脏）疾病及中风等并发症。更加不幸的是，此病患者年龄普遍不会超过13岁，但他们生命的终点却大多被“定义”在7～20岁，其中大部分人会死于衰老相关的疾病，如心血管疾病等，且迄今尚未发现有效的治疗方法，只能靠药物“头痛医头，脚痛医脚”。
▲王凯亮（左四）与实验团队成员合影
病虽罕见，但关爱却不能罕至。在王凯亮与其导师周中军教授创新性提出金属蛋白酶与成骨细胞之间的潜在联系之后，一切似乎有了转机。前人研究显示，MT1-MMP缺乏的小鼠会表现出严重的产后生长迟缓、钙变异缺陷和过早死亡。于是，王凯亮与团队仔细检查了MMP14小鼠的表型后发现，许多缺陷似乎与成纤维生长因子（FGF）信号有关。人体中，成纤维细胞生长因子（FGFRs）对颅骨发育期间的膜内骨化至关重要——FGFR1和FGFR2的激活突变是人类几种颅面疾病的主要致病因素，其特征是颅骨增生。针对这一情况，他们在研究中表明了MT1-MMP在成骨细胞中与FGFR2和ADAM9形成复合体，并蛋白水解使ADAM9失活，从而保护FGFR2免受ADAM9介导的细胞表面外域脱落。“在MMP14成骨细胞中，FGF诱导的增殖和下游信号与ADAM9上调和FGFR2脱落一起受到特别损害。MMP14胚胎的顶叶生长迟缓从15.5dpc开始，这归因于ADAM9介导的脱落增加导致FGFR2信号受损。ADAM9耗尽完全挽救了有缺陷的FGFR2信号，并在很大程度上恢复了MMP14胚胎中的钙骨生长。这些数据揭示了FGRF2信号的调节范式，并将MT1-MMP确定为ADAM9活性的关键负调节剂，以维持钙骨生成中的FGFR2信号。”王凯亮补充道。
这些结果奠定了王凯亮以改善人类健康为目标的事业基调。“还有许多人挣扎在代谢疾病的阴霾里，如果能从蛋白酶的角度进一步阐释那些诱发机理，或许可以为人类健康事业谋取更大的福利。”抱着这样的信念，他应香港浸会大学（简称“浸大”）协理副校长（中医药发展）兼中医药学院临床部主任卞兆祥教授之邀，于2016年加入浸大，开始担任研究助理教授。
华丽而精确的分子舞蹈
职业新篇章的开启，伴随着王凯亮对基质金属蛋白酶（MMPs）的进一步认知。他发现，这个因需要锌等金属离子为辅助因子而得名的人体物质，几乎能降解细胞外基质ECM中的各种蛋白成分，从而破坏肿瘤细胞侵袭的组织学屏障，在肿瘤侵袭转移中起着关键性作用，一度被认作肿瘤浸润转移过程中的主要蛋白水解酶。此外，MMPs通常以非活性的proMMP形式分泌，既可促进细胞增殖、迁移和分化，在血管生成、细胞凋亡和组织修复中发挥作用，还可影响细胞表面的生物活性分子，调节各种细胞和信号通路。
正常生理状态下，MMPs与组织金属蛋白酶抑制剂（TIMP）共同调控细胞外基质（ECM）的更新，维持细胞的稳定性。而一旦其失调，便有望破坏肿瘤侵袭的组织屏障，通过促进基质的降解来促进肿瘤突破基底膜和细胞外基质，侵袭周围组织和转移至远处，或间接通过释放与基质相关的生长因子来促进肿瘤的生长、侵袭和转移。通过检测肿瘤周围MMPs的表达水平就可在一定程度上判断其侵袭性。因此，MMPs已逐渐成为肿瘤研究和开发抗肿瘤药物的有吸引力的靶点。这一研究领域也持续吸引着王凯亮的目光。
2019年，王凯亮带队开展了国家自然科学基金委员会青年科学基金项目“膜1型基质金属蛋白酶（MT1-MMP）调控肿瘤相关巨噬细胞促淋巴管生成的机制研究”，打响了以基质金属蛋白酶技术对抗肿瘤及其他大型疾病的战斗的“第一枪”。虽然在为期3年的研究进程中，他与团队成功证实了MT1-MMP确实可调控巨噬细胞促淋巴管生成，有望为肿瘤转移治疗提供新的方案，但从理论提出到临床应用还有极长的一段路要走。前方或许荆棘丛生，也或许鲜花相迎，不过对于成败的考量却并没有被王凯亮纳入考虑的范围，“科研应该是每位工作者难以割舍的兴趣，探索这一行为本身就具有特殊的吸引力，只要每天‘在路上’，我就无所畏惧”。抱定如此单纯质朴的行路方针，王凯亮在披荆斩棘的过程中高歌前行，意料之外，他收获了“惊喜”——除肿瘤调控的作用之外，MT1-MMP在分子舞台上，或许还可演绎出其他精彩绝伦的“舞蹈”。
▲王凯亮（左）与导师卞兆祥（右）在合作研究项目的新闻发布会上合影
目前在世界范围内，肥胖症正在成为一个主要的公共健康问题，据世界卫生组织（WHO）统计，全球有近20亿人超重或肥胖，从1975年到2016年，全球肥胖率翻了近3倍，每年因超重或肥胖导致的死亡高达280万。这类人群不仅生活不便、运动能力下降，还更易患代谢性疾病和心脑血管疾病，此外，许多研究表明，肥胖与十多种癌症的发病风险增加和预后及生存率降低有关。众所周知，解决肥胖问题的最有效方法是减少食物摄入，但肥胖症患者恰恰会失去饱腹感，因而难以主动调节饮食习惯。由此，发现一个专门控制体重的因素，并研究它如何调节进食后的饱腹感，对于开发治疗肥胖症的手段就显得极为重要，而MT1-MMP正是其中关窍。
2022年2月，一篇发表于《自然·代谢》（Nature Metabolism）上题为《膜Ⅰ型基质金属蛋白酶（MT1-MMP）的蛋白水解酶调控大脑对脂肪饮食发出饱腹感信号机制》的学术报告引发学界广泛关注，肥胖及其相关疾病创新药物开发的创新性策略再一次被推上学术讨论的风口。
在文章背后的支撑实验中，王凯亮曾带领团队通过给小鼠喂食富含脂肪（含量达45%）的饮食来模拟人类的超重状况，从而成功建立起肥胖症的小鼠模型。从它们身上，王凯亮团队发现，MT1-MMP在后区（Area Postrema）和孤道核（Nucleus of the Solitary Tract）中的活性明显与体重呈现正相关关系，并且高活性的MT1-MMP会从大脑神经元表面剪断被称为“GFRAL”的饱足激素GDF15受体，阻止GDF15与其结合，这反过来又使神经元免受GDF15发出的抑制食欲的饱足信号影响。由此，他们得出了“肥胖小鼠大脑中MT1-MMP活性增加可能是引起肥胖情况下体重仍节节攀升的危险因素”的结论。
接下来，为了进一步探索以MT1-MMP为靶点治疗肥胖症的潜力，王凯亮团队采取了基因和药物干预来抑制体内MT1-MMP的活性。事实是，他们最终证明了在肥胖小鼠身上使用抑制MT1-MMP的特定中和抗体后，其代谢参数，包括食量、葡萄糖耐量、体重等均有明显改善，且鲜有不良副作用。这表示MTl-MMP作为治疗标靶开发治疗肥胖症的创新药物是极富潜力的，也为挖掘此种成分在其他疾病分子机制的作用打开了希望的大门。2023年获批国家自然科学基金优秀青年科学基金项目的硕果，正是源自“择一事终一生”科研精神的耕耘，也是王凯亮在领域中步履未停的证明。
“我们目前已经发现MT1-MMP是衰老过程中胰岛素抵抗的关键调节因子，并证明了MT1-MMP可作为糖尿病治疗的潜在靶点调节胰岛素抵抗和葡萄糖耐量的分子机制，成果已发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。但为了达到临床目的，我们仍将继续深潜、供新。”蓝图已绘就，扬帆正起航，属于我国创新药物的春天或许正在到来，而王凯亮清楚自己要做的，只是不断扬鞭催马，加快脚步。
安抚肠道“情绪”
“中医药学院一直进行创新的中医药研究，我们需要采用科学化的研究方法来促进中医药国际化。我希望借助我在现代科学方面积累的知识，推动学院在相关领域的发展。”从助理教授到副教授，王凯亮的成长有目共睹。而更为重要的是，浸大中医药学院为他提供了一片中西交融的沃土，使他在前辈卞兆祥教授的熏陶下对中医学燃起的好奇之心得以表达。
在与卞兆祥教授的紧密合作之下，王凯亮开始参与研究消化系统疾病的成因与治疗方法。他们的一项揭示肠易激综合征治疗新靶标的研究成果，目前已发表于国际学术期刊《细胞宿主与微生物》（Cell Host & Microbe）。
“临床上讲，肠道有很多时候是容易‘闹情绪’的。‘闹情绪’一方面的表现是肠道容易‘激动’，另一方面是它有的时候比较‘懒惰’。”对于肠易激综合征的诱因，卞教授作了深入浅出的总结。虽然此类疾病极为常见，发病率有10%～20%，却不会影响人类的生命指数，只是缓慢进展、易复发的特性还是非常容易影响一个人的生存质量。最重要的是，无论是对其诱发机制的溯源还是精准确切的治疗方案，目前还都没有结果。
“想要真正认识一种疾病，必要从探究其‘内因’开始。”秉持这种思想，王凯亮与卞兆祥教授在研究中选择了通过探讨肠道菌群去找寻它的发病因素。“我们的肠道黏膜表面分布着大量的肠道菌群，肠道菌群对肠道黏膜的屏障预防功能具有非常重要的意义。菌群寄生在肠道黏膜上扮演着保护肠黏膜完整性、防止外来病菌进入的重要角色。一旦有细菌突破了肠道黏膜屏障这一‘国境线’，被刺激的肠道就会产生一系列的应激反应，包括运动功能改变、免疫功能改变及其他激动症状。”卞兆祥教授说。
“那么，在肠道菌群代谢研究的过程中，我们很想知道有没有这样的菌群，它的异常可能会产生肠易激综合征；我们更想知道，中药学中到底有没有一些调节肠易激综合征的菌群及代谢物的成分，或者是复方。”逐风挽浪于中医学蓝海，王凯亮及团队将问题的答案初步锁定在了血清素身上。
血清素是调节肠道蠕动的主要神经传导物质，血清素的过度分泌会导致腹泻型肠易激综合征的胃肠道症状。简而言之，抑制血清素即有望调控肠易激综合征。而在一项工作中，王凯亮团队恰好发现，微生物中的芳香胺类代谢物对调控血清素（serotonin）大有帮助——瘤胃球菌和它产生的色胺可调节肠道中的血清素，并影响肠易激综合征在临床上的腹泻跟疼痛的发生过程。此外，他们在腹泻型肠易激综合征中又剥离出一个亚型，即以胆汁酸增高为主的病理形态，其主要表现为梭菌属富集。前者为制订临床解决方案提供了坚实基础，后者则有助于在临床治疗时提供更明确的靶点。
“中药在微生物跟代谢方面可以起到一定的调控作用，毋庸置疑。”卞兆祥教授曾信心满满地发表如此观点，这也在其后很长一段时间里成为王凯亮的研究课题。“我们希望从中药里找到一个小的分子，就像2015年诺贝尔生理学或医学奖得主屠呦呦先生从青蒿里面找到青蒿素一样能发挥大作用。”但想在中药里面找到易被吸收，进入血液起到作用，又能周身传达的物质极其不易。通常中医药当中浓度相对比较高的活性物质是难以被吸收进人体血液中的，而若是简单直接地把这些物质从配方中去除，又会导致中药复方在临床上无效，这很难用现有的科学原理阐释清楚，但经过实践证实的一点是，在肠道当中，过去被认为不易被吸收的一大类成分可能对肠道的微生物有着直接的营养作用，且它极有可能通过肠道微生物产生的代谢物对整个人体产生极强的放大效应。在此认知的基础之上，王凯亮和卞兆祥教授团队提出了一种治疗腹泻型肠易激综合征的中药复方，命名为“仁术肠乐”，“我们通过大规模的临床试验确定它可以改善临床表征过程中的肠道微生物跟它的代谢产物”。
在王凯亮及相关从业者眼中，人体的菌群如同一个“中转站”，同时也是一座重要的“桥梁”，不仅连通身体“内外”，还是人类患病与健康之间“承上启下”的中间环节。因此，维护好菌群健康即获得周身系统健康，反之则可能疾病缠身。但到底如何可靠而长久地避免肠道疾病，还有很大的研究空间，但王凯亮团队已经整装待发，“凭着兴趣做研究，我从未单纯将其当作获得收入的工作，因此即便在反反复复失败的境遇中，我依然可以萌生出重新站立的勇气”。
从刚走出象牙塔的懵懂“小白”成长至拥有自己的科研团队，王凯亮对人才的培养也颇有见地。在团队合作与培养过程中，他从不限定学生的研究方向，反而鼓励他们跳出专业限制，博文广识，用尽可能宽的视角审视自己的工作，用尽可能广的认知支撑自己的研究。“只有掌握的信息够多才可能真正发现蓝海，而探索无人区则正是科研工作的本质所在。”他说。
虽然中医药走向更广阔天地的前路还长，以科学手段求解大型疾病治疗方案的答案仍远，但王凯亮可以确定的是，中医药发展正迎来大好时机，因此他深刻认识到自己应更加努力，为擦亮中医药这张亮丽的中华文化名片保驾护航，也为驱动生命健康“引擎”贡献己力。
以上内容由办公区教程网摘抄自中国科普网可供大家参考！
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