专访刘传聚：在寂寞科研路上领略探索的快感

　　

“从事生命科学研究首先要耐得住寂寞，具有奉献精神：生命科学研究一般周期较长，重复枯燥，只有耐得住寂寞的人才能真正进入角色；科学研究讲究创新，然而真正的创新也意味着巨大的失败风险，勇于尝试，甘心做科学的铺路石，才能从科研中体会真正的快感。”                            
                                                     ——纽约大学刘传聚博士

   真正的风景往往藏於险远之处，真正的探索之旅，不是重复前人的脚印，而是用自己的眼光领略征途中的风景。科学研究道路并不平坦，然而也许正是这种起伏的转折吸引了无数的科研人员，为之倾倒，为之执着追求……

   来自纽约大学医学院的刘传聚副教授就是其中一位，这位早年毕业于山东大学的研究员近期领导其研究组在顶级刊物《Science》杂志上发表文章，报道了一种能用于治疗类风湿性关节炎（rheumatoid arthritis）的蛋白，从而为治疗这种自身免性疾病提供新的治疗靶标。

   刘传聚博士在谈到从事生命科学研究首先应该具备的品质的时候，感触良多的说，从事生命科学研究首先要耐得住寂寞，具有奉献精神：生命科学研究一般周期较长，重复枯燥，只有耐得住寂寞的人才能真正进入角色，这给我们留下了深刻的印象，为了进一步了解这一最新的成果，以及刘传聚背后的故事，生物通特联系了刘传聚博士，就一些问题请教了他。

 
（刘传聚博士，图片来源：刘传聚博士）

研究思路

   刘传聚实验室一直从事软骨发育及关节炎研究，起初关注软骨代谢标志物--软骨寡聚基质蛋白(cartilage oligomeric matrix protein,COMP)在关节炎中的降解机制，为寻找降解COMP的蛋白酶或保护性蛋白而筛选其相互作用蛋白时，他们发现Progranulin（PGRN）结合COMP从而抑制COMP的降解。PGRN是一种分泌性多功能生长因子，其生物学功能需要膜受体介导，然而在其被发现20余年来，PGRN的受体一直未被发现。这是该研究领域所面临的最大的挑战。

   从理论上来讲，PGRN受体应是其结合蛋白，因此刘传聚实验室进行了大规模遗传筛选，非常意外而且幸运的是，肿瘤坏死因子受体2(tumor necrosis factor receptor 2, TNFR2)被鉴定为PGRN 结合受体。因此,生长因子PGRN结合肿瘤坏死因子受体并进而抑制发炎性关节炎的研究是刘传聚实验室前期工作的顺延，来自于一个意外的发现。

   TNFα/TNFR在多种生理进程和疾病中具有重要功能，PGRN结合TNFR的发现将一种生长因子与一种细胞因子的研究领域紧密联系在一起。TNF在多种疾病，包括风湿性关节炎等自身免疫性疾病中为主控细胞因子，以TNF为靶位的抗炎药物取得了很好的临床效果。PGRN与TNF结合同一受体，让研究人员顺利成章地想到PGRN可作为拮抗剂阻断TNF的生物活性，并进行了细胞和动物水平的验证。PGRN具有抗炎功能在数年前已有报道，但是其抗炎机制未明；另外，最近的研究表明TNFR2信号途径具有保护性，这一结论与TNF的功能相反；研究人员认为PGRN可能通过两种途径执行其抗炎功能:结合TNFR2激活TNFR2介导的保护性机制; 通过抑制TNF和TNFR的结合而拮抗TNF导致的炎症反应。所以这一研究合理的解释了上述问题和矛盾。

   作为多功能生长因子，PGRN由于其促进细胞增殖的功能，具有致癌风险，因此不能直接用于临床治疗。于是，刘传聚带领其他研究人员致力于寻找那些保留结合TNFR能力而失去生长因子特性的PGRN片段。通过大量的突变体构建与筛选，终于确定了3段结合TNFR能力较弱的片段，将其连接后得到了较PGRN抗炎能力更强的工程蛋白, 并命名为Atsttrin。

神奇蛋白：Atsttrin

   Atsttrin的设计是由PGRN的结构决定的，PGRN生长因子含有7个保守的Grn（A, B, C, D, E, F, G）单元通过链接区(P1-7)连接而成。那么刘传聚实验室如何进行选择的呢？

   刘传聚博士解析道，“我们首先通过羧基端至氨基端和氨基端至羧基端的删除突变，进行蛋白质相互作用分析，发现删除羧基端或氨基端几个Grn的突变体即消弱了结合TNFR的功能，说明PGRN的多个Grn单元参与其与TNFR的结合；接下来，我们对每一个Grn单元或Grn间的链接区进行了检测，发现单独的Grn或链接区均无法结合TNFR，提示介导PGRN结合TNFR依赖于Grn与链接区的同时存在；根据这一提示，我们检测了各个携带左侧或者右侧链接区的Grn片段与TNFR的结合，发现仅有GrnF-P3、P4-GrnA和P5-GrnC能够结合TNFR；于是我们将这三段结合区连接，即为FAC，检测发现FAC结合TNFR能力较PGRN更强。

   药物设计的目的是找到最小化的有效分子，此外，已有报道完整的单独Grn单元反而具有致炎的功能，因此我们决定对FAC中Grn进行逐步缩短，从完整的FAC、2/3FAC、1/2FAC到1/4FAC，检测发现1/4FAC失去了结合TNFR的能力，因此1/2FAC为“最小化”的TNFR结合蛋白，命名为Atsttrin（antagonist of TNF/TNFR signaling via targeting to TNF receptors）。”

   这项研究采用了多种的生物化学, 分子生物学,遗传学等手段，比如：突变体基因工程构建、酵母双杂交、免疫共沉淀、固相结合实验、Biacore蛋白亲和力分析等检测PGRN及其来源的Atsttrin与TNFR的蛋白结合及其对TNF/TNFR结合的阻断；利用流式细胞术、过氧化氢和一氧化氮产生、破骨细胞发育、细胞毒性实验的细胞功能分析证实PGRN和Atsttrin对TNF活性的抑制；采用信号途径检测分析PGRN和Atsttrin对TNF诱导的NF-κB和MAPK等炎性信号途径的阻断；更为重要的是使用了众多的临床前动物模型,包括基因敲除小鼠、转基因小鼠和胶原蛋白诱导或胶原蛋白抗体诱导的关节炎（Collagen induced arthritis, CIA; Collagen antibody induced arthritis，CAIA）小鼠模型, 揭示了PGRN基因与TNF诱导的发炎性关节炎的关系，以及PGRN和Atsttrin预防和治疗小鼠风湿性关节炎的良好效果。

   当谈到其中的实验难点的时候，刘传聚博士说，在这些工作中最难点是寻找PGRN受体，也是我们研究的最根本的出发点。我们从超过250万个蛋白中进行遗传筛选，并进行大量实验验证，得出TNFR为PGRN结合受体的结论，期间充满了幸运与曲折。

临床应用可能性

   这项研究让我们看到了治疗与TNFα有关的疾病的新希望，目前，TNFα有关疾病超过40种，包括急性/慢性炎症、肿瘤、重度抑郁、阿尔茨海默症、心血管相关疾病及多种自身免疫性疾病。

   目前刘传聚实验室主要关注自身免疫性疾病，如风湿性关节炎, 银屑癣,强直性脊柱炎,发炎性结肠炎等。工程蛋白Atsttrin具有与Remicade、Enbrel和Humira等TNF拮抗剂相同的作用靶位即TNF/TNFR信号通路，同时因选择性结合受体而具有不同于TNF拮抗剂结合TNF配基的治疗原理，因此Atsttrin的临床效果值得期待；Atsttrin来源于人类PGRN，本身为人源化工程蛋白，避免了异源性隐患；Atsttrin的生产使用细菌表达体系，降低了生产成本，将最大程度上节省患者的治疗开支。上述优势，综合动物水平的治疗功效，为下一步由实验室到临床（from bench to bedside）的研发工作提供了信心。由于Atsttrin 潜在的临床应用价值，世界多个国家的科学和大众媒体纷纷对其进行了报道和评论。短短一个星期以内，大约2000个网址对其进行了介绍。

从事生命科学研究首先要耐得住寂寞

   刘传聚博士在超过5年的PGRN课题研究中感触良多，在谈到从事生命科研究需要具备的品质，他提及了以下几个方面：

   从事生命科学研究首先要耐得住寂寞，具有奉献精神：生命科学研究一般周期较长，重复枯燥，只有耐得住寂寞的人才能真正进入角色；科学研究讲究创新，然而真正的创新也意味着巨大的失败风险，勇于尝试，甘心做科学的铺路石，才能从科研中体会真正的快感。

   知识面广，基础扎实会让研究工作事半功倍。科研人员在多年的工作中会积累大量的基础知识，在此之上，需要多看文献，尤其是最新的研究进展。
 
   科学思维能力的锻炼体现在善于思考。生命科学研究往往比较复杂，很难一帆风顺，把握住目标，针对每一个工作细节多方筹划，准备多种替代方案，可以保障科研工作的顺利推进并使得实验结果更丰满可靠。

   来自大陆的学生大多比较聪明、勤奋努力、动手能力强、有韧劲，很多大陆学生在美国学术界都获得了成功。但是，与其他国家的学生相比，有些大陆学生交流能力相对不足，不善于提问，这与东西方文化和语言体系差异有关，东方人生性腼腆，担心出错，一旦突破这些不足，他们的优势会明显体现出来。论文第一作者唐伟，是山东大学医学院于修平教授和我联合培养的博士，在实验室工作的两年里参与了PGRN抑制TNF生物活性的细胞水平分析、Atsttrin设计与功能验证的工作，并完成了一系列动物实验，在顶级杂志发表研究论文的同时也在科研素质方面得到锻炼，目前唐伟已经作为青年教师回到山东大学医学院工作。我相信唐伟已具备一个杰出青年科研人才的潜能和素质。

新成果如何打动Science杂志编辑的

   刘传聚博士认为其研究成果能被Science杂志接受，主要归结于两个原因：重要的科学理论意义和潜在的商业价值。

   他们运用多种传统和前沿技术手段发现了TNFR为PGRN的结合受体为，回答了PGRN研究领域的多年来关于该生长因子结合受体未知的难题；此外，通过大量生化、细胞和多种实验动物模型证实PGRN通过结合TNFR抑制TNFα诱导的炎症反应和以风湿性关节炎为代表的自身免疫性疾病。

   来源于PGRN的工程蛋白Atsttrin具有高效的抑制TNF活性和特异的选择性，该蛋白不仅能够减轻风湿性关节炎症状，也具有逆转病程的潜力。当前即使最成功的关节炎药物也仅对一半的患者有效，而且这些药物可能增加癌症发生的风险、激活其他自身免疫环境，而且每年将耗费患者超过2万美元的治疗费用。以TNF/TNFR为靶位、来源于PGRN的工程蛋白在有效性、选择性、安全性和相对较低的生产成本，使其成为替代现有TNF拮抗剂抗炎药物的候选，为治疗风湿性关节炎等自身免疫性疾病提供了新的思路。
（生物通：王蕾）

原文摘要：
The Growth Factor Progranulin Binds to TNF Receptors and Is Therapeutic Against Inflammatory Arthritis in Mice

The growth factor progranulin (PGRN) has been implicated in embryonic development, tissue repair, tumorigenesis, and inflammation, but its receptors remain unidentified. We report that PGRN bound directly to tumor necrosis factor receptors (TNFR) and disturbed the TNFα/TNFR interaction. PGRN-deficient mice were susceptible to collagen-induced arthritis, and administration of PGRN reversed inflammatory arthritis. Atsttrin, an engineered protein composed of three PGRN fragments, exhibited selective TNFR binding. PGRN and Atsttrin prevented inflammation in multiple arthritis mouse models and inhibited TNFα-activated intracellular signaling. Collectively, these findings demonstrate that PGRN is a ligand of TNFR, an antagonist of TNFα signaling and plays a critical role in the pathogenesis of inflammatory arthritis in mice. They also suggest new potential therapeutic interventions for various TNFα-mediated pathologies and conditions, including rheumatoid arthritis.

作者简介：

刘传聚

（刘传聚实验室，图片来源：刘传聚博士）

美国纽约大学骨科与细胞生物学副教授、山东大学兼职教授、山东省医学科学院，重庆医科大学客座教授、《Rheumatology Research and Reviews》主编。 1989年毕业于山东大学生物化学专业，1996年获山东大学和中国科学院细胞生物学联合培养博士学位，1997年至2000年于耶鲁大学分子生物化学和生物物理系进行博士后研究，2002年起任美国纽约大学骨科系和细胞生物学系双聘助理教授 （Assitant Professor），2007年被聘为副教授（Associate Professor）。主要从事骨生物学，尤其是软骨调控以及软骨相关疾病分子机制的研究，迄今在EMBO J， FASEB J，Arthritis Rheum，Mol Cell Biol，Mol Biol Cell， J Biol Chem等杂志发表论著及综述70余篇。

专利：
1. Peptides targeting TNF family receptors and antagonizing TNF action, compositions, methods and uses thereof (WO/2010/120374; PCT/US2010/001137; 1049-1-1124PCT) 。

2. GEP/Progranulin： a novel chondrogenic growth factor and target in cartilage disorder （1049-1-1085PCT; WO2008094687）。