王凱亮 | 啟動驅趕大型疾病的“生命引擎”

人類須臾不可離酶。酶是生命的引擎，所有的生命都依賴酶，我們體內(nèi)的每一個細胞中，都填充著許多“分子機器”，無時無刻不在“幫助”細胞組裝和回收利用生物分子，使之持續(xù)不停地運轉下去，新陳代謝過程的各種階段，也都需“望‘酶’止渴”，而這些過程的周而復始，就是生物意義上的“活著”。

▲王凱亮

但顯而易見，人類對于生命的要求絕不止于基本的生存，還追求健康的質量。而當軀體運轉失常，疾病出現(xiàn)時，了解酶的作用機理對延緩病程和提出治療方案同樣起著至關重要的作用。這也是國家自然科學基金委最終決議將2023年度優(yōu)秀青年科學家基金項目（港澳）頒給香港浸會大學中醫(yī)藥學院副教授王凱亮的原因，由他主持的“探索2型糖尿病的分子機制及治療策略”相關健康研究項目，將有望在金屬蛋白酶和糖尿病研究領域取得重大突破，為糖尿病的治療和相關藥物的開發(fā)提供新的可能性。

“在探索糖尿病的發(fā)病機制和治療策略方面，我們的研究有兩個重要方向。首先，基于前期對金屬蛋白酶（MT1-MMP）的基礎研究，我們期望能研發(fā)創(chuàng)新藥物。其次，我們將繼續(xù)識別其他金屬蛋白酶在基礎研究中的作用?！边@是王凱亮在相關報告書中許下的心愿，也再次提出他自求學起十數(shù)年來一直深潛的研究領域——金屬蛋白酶。

關愛從不罕至

依山而建的香港大學（簡稱“港大”）是王凱亮最初的筑夢之地。一開始走入這所高校時，他不過18歲的年紀。但他心智成熟、志向堅定，因此校園各處都曾留下他苦讀背書的身影。在港大這座“百年名?！敝信畈L，令王凱亮在多年后仍深感慶幸，但最令他感慨的還要數(shù)港大開放自由的學風、兼容的知識體系和國際化的課程設置為他提供的那些“開眼看世界”的機遇。在這方大有可為的天地里，他幸運地遇到了周中軍教授，也遇到了蛋白酶。

燃起王凱亮科研興趣的第一個課題有關衰老，這也是周中軍教授長久以來深研的主題。數(shù)十年堅守在骨骼發(fā)育信號調控、血管發(fā)育、早衰癥及基質蛋白酶等方面的研究崗位上，周教授早已成為蜚聲國際的行業(yè)專家，但更難得的是，他在學生眼中始終都是一位嚴謹謙遜、平易近人的前輩。“在周教授的課題組中，我獲得了極為自由的學術空間。他不會充當規(guī)定前行方向的嚴厲‘大家長’，只會默默做好每位研究人員的強力后盾，緊迫時指引、閑暇時關懷?！币舱窃谶@樣的研討氛圍下，“抑制劑是否能夠有效促使核纖層蛋白（lamin A）恢復功能，從而延緩早衰過程”的答案才初步得以呈現(xiàn)。

與皺紋滋生、肌肉松弛的自然衰老不同，早衰癥（又稱何奇森-吉爾福德早年衰老綜合癥，HGPS）是一種罕見的常染色體隱性遺傳病。一旦罹患此癥，人身體衰老的過程會較正常加快5～10倍，不僅生長發(fā)育遲緩，身體脂肪減少，肌膚老化松弛，樣貌像老人；器官也會很快衰退，出現(xiàn)髖關節(jié)脫位、動脈硬化、心血管（心臟）疾病及中風等并發(fā)癥。更加不幸的是，此病患者年齡普遍不會超過13歲，但他們生命的終點卻大多被“定義”在7～20歲，其中大部分人會死于衰老相關的疾病，如心血管疾病等，且迄今尚未發(fā)現(xiàn)有效的治療方法，只能靠藥物“頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳”。

▲王凱亮（左四）與實驗團隊成員合影

病雖罕見，但關愛卻不能罕至。在王凱亮與其導師周中軍教授創(chuàng)新性提出金屬蛋白酶與成骨細胞之間的潛在聯(lián)系之后，一切似乎有了轉機。前人研究顯示，MT1-MMP缺乏的小鼠會表現(xiàn)出嚴重的產(chǎn)后生長遲緩、鈣變異缺陷和過早死亡。于是，王凱亮與團隊仔細檢查了MMP14小鼠的表型后發(fā)現(xiàn)，許多缺陷似乎與成纖維生長因子（FGF）信號有關。人體中，成纖維細胞生長因子（FGFRs）對顱骨發(fā)育期間的膜內(nèi)骨化至關重要——FGFR1和FGFR2的激活突變是人類幾種顱面疾病的主要致病因素，其特征是顱骨增生。針對這一情況，他們在研究中表明了MT1-MMP在成骨細胞中與FGFR2和ADAM9形成復合體，并蛋白水解使ADAM9失活，從而保護FGFR2免受ADAM9介導的細胞表面外域脫落。“在MMP14成骨細胞中，F(xiàn)GF誘導的增殖和下游信號與ADAM9上調和FGFR2脫落一起受到特別損害。MMP14胚胎的頂葉生長遲緩從15.5dpc開始，這歸因于ADAM9介導的脫落增加導致FGFR2信號受損。ADAM9耗盡完全挽救了有缺陷的FGFR2信號，并在很大程度上恢復了MMP14胚胎中的鈣骨生長。這些數(shù)據(jù)揭示了FGRF2信號的調節(jié)范式，并將MT1-MMP確定為ADAM9活性的關鍵負調節(jié)劑，以維持鈣骨生成中的FGFR2信號?！蓖鮿P亮補充道。

這些結果奠定了王凱亮以改善人類健康為目標的事業(yè)基調?！斑€有許多人掙扎在代謝疾病的陰霾里，如果能從蛋白酶的角度進一步闡釋那些誘發(fā)機理，或許可以為人類健康事業(yè)謀取更大的福利?！北е@樣的信念，他應香港浸會大學（簡稱“浸大”）協(xié)理副校長（中醫(yī)藥發(fā)展）兼中醫(yī)藥學院臨床部主任卞兆祥教授之邀，于2016年加入浸大，開始擔任研究助理教授。

華麗而精確的分子舞蹈

職業(yè)新篇章的開啟，伴隨著王凱亮對基質金屬蛋白酶（MMPs）的進一步認知。他發(fā)現(xiàn)，這個因需要鋅等金屬離子為輔助因子而得名的人體物質，幾乎能降解細胞外基質ECM中的各種蛋白成分，從而破壞腫瘤細胞侵襲的組織學屏障，在腫瘤侵襲轉移中起著關鍵性作用，一度被認作腫瘤浸潤轉移過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，既可促進細胞增殖、遷移和分化，在血管生成、細胞凋亡和組織修復中發(fā)揮作用，還可影響細胞表面的生物活性分子，調節(jié)各種細胞和信號通路。

正常生理狀態(tài)下，MMPs與組織金屬蛋白酶抑制劑（TIMP）共同調控細胞外基質（ECM）的更新，維持細胞的穩(wěn)定性。而一旦其失調，便有望破壞腫瘤侵襲的組織屏障，通過促進基質的降解來促進腫瘤突破基底膜和細胞外基質，侵襲周圍組織和轉移至遠處，或間接通過釋放與基質相關的生長因子來促進腫瘤的生長、侵襲和轉移。通過檢測腫瘤周圍MMPs的表達水平就可在一定程度上判斷其侵襲性。因此，MMPs已逐漸成為腫瘤研究和開發(fā)抗腫瘤藥物的有吸引力的靶點。這一研究領域也持續(xù)吸引著王凱亮的目光。

2019年，王凱亮帶隊開展了國家自然科學基金委員會青年科學基金項目“膜1型基質金屬蛋白酶（MT1-MMP）調控腫瘤相關巨噬細胞促淋巴管生成的機制研究”，打響了以基質金屬蛋白酶技術對抗腫瘤及其他大型疾病的戰(zhàn)斗的“第一槍”。雖然在為期3年的研究進程中，他與團隊成功證實了MT1-MMP確實可調控巨噬細胞促淋巴管生成，有望為腫瘤轉移治療提供新的方案，但從理論提出到臨床應用還有極長的一段路要走。前方或許荊棘叢生，也或許鮮花相迎，不過對于成敗的考量卻并沒有被王凱亮納入考慮的范圍，“科研應該是每位工作者難以割舍的興趣，探索這一行為本身就具有特殊的吸引力，只要每天‘在路上’，我就無所畏懼”。抱定如此單純質樸的行路方針，王凱亮在披荊斬棘的過程中高歌前行，意料之外，他收獲了“驚喜”——除腫瘤調控的作用之外，MT1-MMP在分子舞臺上，或許還可演繹出其他精彩絕倫的“舞蹈”。

▲王凱亮（左）與導師卞兆祥（右）在合作研究項目的新聞發(fā)布會上合影

目前在世界范圍內(nèi)，肥胖癥正在成為一個主要的公共健康問題，據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）統(tǒng)計，全球有近20億人超重或肥胖，從1975年到2016年，全球肥胖率翻了近3倍，每年因超重或肥胖導致的死亡高達280萬。這類人群不僅生活不便、運動能力下降，還更易患代謝性疾病和心腦血管疾病，此外，許多研究表明，肥胖與十多種癌癥的發(fā)病風險增加和預后及生存率降低有關。眾所周知，解決肥胖問題的最有效方法是減少食物攝入，但肥胖癥患者恰恰會失去飽腹感，因而難以主動調節(jié)飲食習慣。由此，發(fā)現(xiàn)一個專門控制體重的因素，并研究它如何調節(jié)進食后的飽腹感，對于開發(fā)治療肥胖癥的手段就顯得極為重要，而MT1-MMP正是其中關竅。

2022年2月，一篇發(fā)表于《自然·代謝》（Nature Metabolism）上題為《膜Ⅰ型基質金屬蛋白酶（MT1-MMP）的蛋白水解酶調控大腦對脂肪飲食發(fā)出飽腹感信號機制》的學術報告引發(fā)學界廣泛關注，肥胖及其相關疾病創(chuàng)新藥物開發(fā)的創(chuàng)新性策略再一次被推上學術討論的風口。

在文章背后的支撐實驗中，王凱亮曾帶領團隊通過給小鼠喂食富含脂肪（含量達45%）的飲食來模擬人類的超重狀況，從而成功建立起肥胖癥的小鼠模型。從它們身上，王凱亮團隊發(fā)現(xiàn)，MT1-MMP在后區(qū)（Area Postrema）和孤道核（Nucleus of the Solitary Tract）中的活性明顯與體重呈現(xiàn)正相關關系，并且高活性的MT1-MMP會從大腦神經(jīng)元表面剪斷被稱為“GFRAL”的飽足激素GDF15受體，阻止GDF15與其結合，這反過來又使神經(jīng)元免受GDF15發(fā)出的抑制食欲的飽足信號影響。由此，他們得出了“肥胖小鼠大腦中MT1-MMP活性增加可能是引起肥胖情況下體重仍節(jié)節(jié)攀升的危險因素”的結論。

接下來，為了進一步探索以MT1-MMP為靶點治療肥胖癥的潛力，王凱亮團隊采取了基因和藥物干預來抑制體內(nèi)MT1-MMP的活性。事實是，他們最終證明了在肥胖小鼠身上使用抑制MT1-MMP的特定中和抗體后，其代謝參數(shù)，包括食量、葡萄糖耐量、體重等均有明顯改善，且鮮有不良副作用。這表示MTl-MMP作為治療標靶開發(fā)治療肥胖癥的創(chuàng)新藥物是極富潛力的，也為挖掘此種成分在其他疾病分子機制的作用打開了希望的大門。2023年獲批國家自然科學基金優(yōu)秀青年科學基金項目的碩果，正是源自“擇一事終一生”科研精神的耕耘，也是王凱亮在領域中步履未停的證明。

“我們目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)MT1-MMP是衰老過程中胰島素抵抗的關鍵調節(jié)因子，并證明了MT1-MMP可作為糖尿病治療的潛在靶點調節(jié)胰島素抵抗和葡萄糖耐量的分子機制，成果已發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。但為了達到臨床目的，我們?nèi)詫⒗^續(xù)深潛、供新?！彼{圖已繪就，揚帆正起航，屬于我國創(chuàng)新藥物的春天或許正在到來，而王凱亮清楚自己要做的，只是不斷揚鞭催馬，加快腳步。

安撫腸道“情緒”

“中醫(yī)藥學院一直進行創(chuàng)新的中醫(yī)藥研究，我們需要采用科學化的研究方法來促進中醫(yī)藥國際化。我希望借助我在現(xiàn)代科學方面積累的知識，推動學院在相關領域的發(fā)展?！睆闹斫淌诘礁苯淌?，王凱亮的成長有目共睹。而更為重要的是，浸大中醫(yī)藥學院為他提供了一片中西交融的沃土，使他在前輩卞兆祥教授的熏陶下對中醫(yī)學燃起的好奇之心得以表達。

在與卞兆祥教授的緊密合作之下，王凱亮開始參與研究消化系統(tǒng)疾病的成因與治療方法。他們的一項揭示腸易激綜合征治療新靶標的研究成果，目前已發(fā)表于國際學術期刊《細胞宿主與微生物》（Cell Host & Microbe）。

“臨床上講，腸道有很多時候是容易‘鬧情緒’的。‘鬧情緒’一方面的表現(xiàn)是腸道容易‘激動’，另一方面是它有的時候比較‘懶惰’。”對于腸易激綜合征的誘因，卞教授作了深入淺出的總結。雖然此類疾病極為常見，發(fā)病率有10%～20%，卻不會影響人類的生命指數(shù)，只是緩慢進展、易復發(fā)的特性還是非常容易影響一個人的生存質量。最重要的是，無論是對其誘發(fā)機制的溯源還是精準確切的治療方案，目前還都沒有結果。

“想要真正認識一種疾病，必要從探究其‘內(nèi)因’開始?！北诌@種思想，王凱亮與卞兆祥教授在研究中選擇了通過探討腸道菌群去找尋它的發(fā)病因素?！拔覀兊哪c道黏膜表面分布著大量的腸道菌群，腸道菌群對腸道黏膜的屏障預防功能具有非常重要的意義。菌群寄生在腸道黏膜上扮演著保護腸黏膜完整性、防止外來病菌進入的重要角色。一旦有細菌突破了腸道黏膜屏障這一‘國境線’，被刺激的腸道就會產(chǎn)生一系列的應激反應，包括運動功能改變、免疫功能改變及其他激動癥狀。”卞兆祥教授說。

“那么，在腸道菌群代謝研究的過程中，我們很想知道有沒有這樣的菌群，它的異常可能會產(chǎn)生腸易激綜合征；我們更想知道，中藥學中到底有沒有一些調節(jié)腸易激綜合征的菌群及代謝物的成分，或者是復方。”逐風挽浪于中醫(yī)學藍海，王凱亮及團隊將問題的答案初步鎖定在了血清素身上。

血清素是調節(jié)腸道蠕動的主要神經(jīng)傳導物質，血清素的過度分泌會導致腹瀉型腸易激綜合征的胃腸道癥狀。簡而言之，抑制血清素即有望調控腸易激綜合征。而在一項工作中，王凱亮團隊恰好發(fā)現(xiàn)，微生物中的芳香胺類代謝物對調控血清素（serotonin）大有幫助——瘤胃球菌和它產(chǎn)生的色胺可調節(jié)腸道中的血清素，并影響腸易激綜合征在臨床上的腹瀉跟疼痛的發(fā)生過程。此外，他們在腹瀉型腸易激綜合征中又剝離出一個亞型，即以膽汁酸增高為主的病理形態(tài)，其主要表現(xiàn)為梭菌屬富集。前者為制訂臨床解決方案提供了堅實基礎，后者則有助于在臨床治療時提供更明確的靶點。

“中藥在微生物跟代謝方面可以起到一定的調控作用，毋庸置疑?！北逭紫榻淌谠判臐M滿地發(fā)表如此觀點，這也在其后很長一段時間里成為王凱亮的研究課題?！拔覀兿Ｍ麖闹兴幚镎业揭粋€小的分子，就像2015年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎得主屠呦呦先生從青蒿里面找到青蒿素一樣能發(fā)揮大作用。”但想在中藥里面找到易被吸收，進入血液起到作用，又能周身傳達的物質極其不易。通常中醫(yī)藥當中濃度相對比較高的活性物質是難以被吸收進人體血液中的，而若是簡單直接地把這些物質從配方中去除，又會導致中藥復方在臨床上無效，這很難用現(xiàn)有的科學原理闡釋清楚，但經(jīng)過實踐證實的一點是，在腸道當中，過去被認為不易被吸收的一大類成分可能對腸道的微生物有著直接的營養(yǎng)作用，且它極有可能通過腸道微生物產(chǎn)生的代謝物對整個人體產(chǎn)生極強的放大效應。在此認知的基礎之上，王凱亮和卞兆祥教授團隊提出了一種治療腹瀉型腸易激綜合征的中藥復方，命名為“仁術腸樂”，“我們通過大規(guī)模的臨床試驗確定它可以改善臨床表征過程中的腸道微生物跟它的代謝產(chǎn)物”。

在王凱亮及相關從業(yè)者眼中，人體的菌群如同一個“中轉站”，同時也是一座重要的“橋梁”，不僅連通身體“內(nèi)外”，還是人類患病與健康之間“承上啟下”的中間環(huán)節(jié)。因此，維護好菌群健康即獲得周身系統(tǒng)健康，反之則可能疾病纏身。但到底如何可靠而長久地避免腸道疾病，還有很大的研究空間，但王凱亮團隊已經(jīng)整裝待發(fā)，“憑著興趣做研究，我從未單純將其當作獲得收入的工作，因此即便在反反復復失敗的境遇中，我依然可以萌生出重新站立的勇氣”。

從剛走出象牙塔的懵懂“小白”成長至擁有自己的科研團隊，王凱亮對人才的培養(yǎng)也頗有見地。在團隊合作與培養(yǎng)過程中，他從不限定學生的研究方向，反而鼓勵他們跳出專業(yè)限制，博文廣識，用盡可能寬的視角審視自己的工作，用盡可能廣的認知支撐自己的研究。“只有掌握的信息夠多才可能真正發(fā)現(xiàn)藍海，而探索無人區(qū)則正是科研工作的本質所在。”他說。

雖然中醫(yī)藥走向更廣闊天地的前路還長，以科學手段求解大型疾病治療方案的答案仍遠，但王凱亮可以確定的是，中醫(yī)藥發(fā)展正迎來大好時機，因此他深刻認識到自己應更加努力，為擦亮中醫(yī)藥這張亮麗的中華文化名片保駕護航，也為驅動生命健康“引擎”貢獻己力。