文/高妍 李會(huì)會(huì)

黃健博士

黃健，博士，研究員。多年從事腫瘤基因組學(xué)和分子遺傳學(xué)研究，曾任職于國家人類基因組南方研究中心、深圳華大基因研究院等單位，2011年6月起擔(dān)任生物芯片上海國家工程中心腫瘤基因組學(xué)轉(zhuǎn)化應(yīng)用研究室主任、上海市疾病與健康基因組學(xué)省部共建重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室課題組長。

先后承擔(dān)多項(xiàng)國家“863”計(jì)劃項(xiàng)目、國家“973”項(xiàng)目、國家自然基金項(xiàng)目、國家博士后資助計(jì)劃一等資助項(xiàng)目、上海市科委自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、上海市學(xué)術(shù)技術(shù)帶頭人項(xiàng)目、深圳市生物產(chǎn)業(yè)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目等。相關(guān)研究先后發(fā)表在《Nature Genetics》《JCI》《PNAS》《Carcinogenesis》《Cancer Research》等十幾家國際雜志上。獲得4項(xiàng)上海市科研成果獎(jiǎng)、9項(xiàng)國家授權(quán)發(fā)明專利，參與編寫專著兩部。

“這是世界上第一次利用新型大規(guī)?；蚪M分析技術(shù)研究肝癌轉(zhuǎn)移問題，所獲結(jié)果將為肝癌診斷、預(yù)后、治療以及開發(fā)新型治療藥物奠定基礎(chǔ)?！?/p>

針對(duì)我國科學(xué)家在肝癌轉(zhuǎn)移關(guān)鍵突變基因研究中取得的最新成果，國際頂尖學(xué)術(shù)雜志《自然?遺傳學(xué)》審稿人及有關(guān)專家給出了以上評(píng)價(jià)。

成果研究報(bào)告于2012年8月26日在國際著名雜志《自然?遺傳學(xué)》網(wǎng)站上在線發(fā)布。報(bào)告指出：研究團(tuán)隊(duì)利用DNA測序技術(shù)，對(duì)比分析了乙肝病毒感染相關(guān)的肝癌原發(fā)灶和侵犯肝臟門靜脈的轉(zhuǎn)移灶的全部基因外顯子序列，發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞中共存在347個(gè)突變基因，其中大多數(shù)是首次在肝癌樣本中發(fā)現(xiàn)，且同時(shí)出現(xiàn)在了原發(fā)灶和轉(zhuǎn)移灶上。最終，他們驗(yàn)證評(píng)估出了ARID1A、VCAM1和CDK14三種基因的突變可能與肝癌的發(fā)生和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。

這一成果的發(fā)布在行業(yè)內(nèi)引起強(qiáng)烈反響。幾經(jīng)周折，本刊聯(lián)系到了研究團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)導(dǎo)者之一、生物芯片上海國家工程研究中心腫瘤基因組學(xué)轉(zhuǎn)化應(yīng)用研究室主任黃健博士，在與他的交流過程中，有幸了解到成果背后的點(diǎn)點(diǎn)滴滴。

向“癌中之王”宣戰(zhàn)

肝細(xì)胞癌是原發(fā)性肝癌的主要形式，也是世界范圍內(nèi)發(fā)病率最高的惡性腫瘤之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年新發(fā)現(xiàn)肝癌100萬左右，占惡性腫瘤的5%左右，其中有40%以上發(fā)生在中國。

肝癌在我國素有“癌中之王”稱號(hào)。普查資料表明，我國肝癌的發(fā)病率為14.58/10萬～46/10萬。全國死亡原因回顧調(diào)查顯示，肝癌在男性中平均死亡率為14.52/10萬，僅次于胃癌和食管癌；女性為5.61/10萬，僅次于胃癌、宮頸癌和食管癌。

近幾十年來，肝癌研究取得了可喜進(jìn)展，但無論東方還是西方，整個(gè)人群的肝癌5年生存率仍只有5%左右，而我國的平均肝癌發(fā)病率和死亡率均有明顯上升趨勢。到現(xiàn)在為止，人們對(duì)肝癌的發(fā)病機(jī)制還不甚清楚，特別是對(duì)肝癌轉(zhuǎn)移的分子機(jī)制了解甚少。

研討會(huì)后，黃健（左四）與桂林醫(yī)學(xué)院的合作者合影

因此，科研人員針對(duì)肝癌的攻堅(jiān)戰(zhàn)役從未停歇，21世紀(jì)的肝癌防治研究更加刻不容緩。這也正是黃健投身肝癌研究的原因之一。“利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)解決我國自己的事情，為最終消滅嚴(yán)重危害我國人民身心健康的‘癌中之王’提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐?！秉S健說。

2001年，黃健開始在國家人類基因組南方研究中心進(jìn)行客座研究，之后留在南方研究中心擔(dān)任課題組長，直到2009年自上海交通大學(xué)博士后出站，才到深圳華大基因研究院擔(dān)任健康事業(yè)研發(fā)部主任。這期間，他一直圍繞腫瘤基因組學(xué)和分子遺傳學(xué)這一方向開展針對(duì)肝癌的研究工作，也就是利用基因芯片和高通量測序技術(shù)及生物信息學(xué)手段，系統(tǒng)分析腫瘤基因組、轉(zhuǎn)錄組和甲基化組的變異，進(jìn)而探討各種變異與臨床特征的關(guān)聯(lián)性，結(jié)合細(xì)胞學(xué)和動(dòng)物學(xué)技術(shù)識(shí)別鑒定與腫瘤相關(guān)的重要功能基因，深入研究其在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的分子機(jī)制，為腫瘤的臨床診斷提供新的指標(biāo)，或?yàn)樽罱K治愈腫瘤提供潛在的藥物靶點(diǎn)。

黃健介紹，臨床實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，肝癌的轉(zhuǎn)移發(fā)生率較高，甚至早期小肝癌亦可能已有肝外轉(zhuǎn)移。通常多先有肝內(nèi)播散，然后出現(xiàn)肝外轉(zhuǎn)移。肝內(nèi)直接擴(kuò)散是指癌細(xì)胞通過肝竇或竇旁間隙，直接擴(kuò)散到肝內(nèi)其他部位，轉(zhuǎn)移癌灶呈衛(wèi)星狀分布，也可遠(yuǎn)離原發(fā)癌，此種方式轉(zhuǎn)移最早，也最常見。此外，可侵犯門靜脈并形成門靜脈瘤栓，如瘤栓脫落在肝內(nèi)，則引起多發(fā)性轉(zhuǎn)移灶；門靜脈主干瘤體阻塞，可引起門靜脈高壓和頑固性腹水，最終引起死亡。

“我們知道，轉(zhuǎn)移發(fā)生率與肝癌的生物學(xué)特性密切相關(guān)，特別是肝癌細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)移促進(jìn)基因和轉(zhuǎn)移抑制基因的平衡失調(diào)在肝癌轉(zhuǎn)移中起到重要作用。因此，利用先進(jìn)的分析技術(shù)，系統(tǒng)研究正常組織、癌組織和轉(zhuǎn)移組織間基因譜系的差別，就有可能發(fā)現(xiàn)與肝癌轉(zhuǎn)移密切相關(guān)的基因和基因變異類型，為臨床診斷和治療提供新的思路?！被谶@一認(rèn)識(shí)，在科技部“973”計(jì)劃和衛(wèi)生部中長期科技發(fā)展規(guī)劃“艾滋病和病毒性肝炎等重大傳染病防治”科技重大專項(xiàng)的支持下，黃健和他的伙伴們開始了這項(xiàng)關(guān)于肝癌轉(zhuǎn)移關(guān)鍵基因的探索性研究。

肝癌轉(zhuǎn)移關(guān)鍵基因的發(fā)現(xiàn)

關(guān)于肝癌轉(zhuǎn)移關(guān)鍵基因的研究始于2010年。兩年里，黃健和研究團(tuán)隊(duì)分工協(xié)作、共同努力，攻克了高通量測序技術(shù)的理解和應(yīng)用、海量數(shù)據(jù)的分析、更大規(guī)模樣本量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、肝癌高頻突變基因功能的細(xì)胞生物學(xué)研究等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，最終取得現(xiàn)在的成果。

黃健說，只有身處其中，才能真正懂得這其中飽含的辛苦與酸楚，也只有身處其中，才能體會(huì)到這樣一項(xiàng)浩大工程從啟動(dòng)到實(shí)施再到完成整個(gè)過程所蘊(yùn)含的快樂與滿足。

他們收集了10例HBV陽性肝癌患者手術(shù)后的癌旁組織、原發(fā)癌組織和肝內(nèi)轉(zhuǎn)移的門靜脈癌栓，利用基因組學(xué)領(lǐng)域內(nèi)最先進(jìn)的DNA序列分析技術(shù)，對(duì)這些樣本進(jìn)行全外顯子組測序分析，并結(jié)合生物信息學(xué)技術(shù)仔細(xì)識(shí)別每一例患者的三種樣本間的DNA序列的微小差異，最終發(fā)現(xiàn)：腫瘤細(xì)胞存在347個(gè)突變基因，平均每個(gè)腫瘤樣本有30～40個(gè)基因突變，其中大多數(shù)基因突變是第一次在肝癌樣本中發(fā)現(xiàn)，并且在原發(fā)灶和轉(zhuǎn)移灶中同時(shí)出現(xiàn)。這說明肝癌的發(fā)病和轉(zhuǎn)移與基因突變密切相關(guān)，并且轉(zhuǎn)移相關(guān)基因在原發(fā)癌中就已經(jīng)發(fā)生了突變。

隨后他們在更大量的肝癌樣本中對(duì)基因突變進(jìn)行了驗(yàn)證，并且用RNA干擾技術(shù)評(píng)估了91個(gè)已被證實(shí)存在突變的基因?qū)Ω伟┘?xì)胞生長的影響。評(píng)估結(jié)果顯示：ARID1A、VCAM1和CDK14三種基因的突變可能與肝癌發(fā)生、轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。

“ARID1A基因突變在多種人類腫瘤中均被發(fā)現(xiàn)有突變發(fā)生，比如卵巢癌、子宮內(nèi)膜癌、胃癌、腎癌、膀胱癌等。在我們的這項(xiàng)研究中，ARID1A基因在13%肝癌組織中均發(fā)生突變。有同行預(yù)測，該基因有可能是繼P53基因之后，又一個(gè)腫瘤基礎(chǔ)研究和開發(fā)應(yīng)用的明星分子。VCAM1基因除了突變外，還在多數(shù)肝癌樣本中表達(dá)下降。而與細(xì)胞增殖相關(guān)的CDK14基因突變則會(huì)增強(qiáng)該基因功能，導(dǎo)致細(xì)胞生長加快，促進(jìn)轉(zhuǎn)移。”黃健解釋道。

黃健參加學(xué)術(shù)交流會(huì)時(shí)發(fā)言

這些肝癌轉(zhuǎn)移關(guān)鍵基因的鎖定，為我們提供了可能與中晚期肝癌相關(guān)的體細(xì)胞突變的圖譜，并為人類發(fā)現(xiàn)有關(guān)驅(qū)動(dòng)肝癌發(fā)生及轉(zhuǎn)移分子途徑提供了重要的線索，更為未來開發(fā)臨床可用的肝癌診斷試劑和新型藥物提供了新的靶點(diǎn)。

回首整個(gè)研究過程，黃健說，他們遇到的最大困難就是海量數(shù)據(jù)的分析，這也是高通量測序技術(shù)面臨的最大問題。他介紹，目前國際上常用的高通量測序技術(shù)有三種：Illumina公司的Solexa系統(tǒng)、ABI公司的 SOLiD系統(tǒng)和Roche公司的454系統(tǒng)。前兩種所獲得的序列較短，但序列的數(shù)量比較多，而454系統(tǒng)雖然序列比較長，但一次實(shí)驗(yàn)所獲得的序列總數(shù)較少。

項(xiàng)目啟動(dòng)之初，他們并不清楚每種平臺(tái)的不足，更不了解這些不足會(huì)對(duì)研究工作的推進(jìn)帶來哪些影響?！八晕覀冞x擇了Solexa和SOLiD兩種系統(tǒng)平臺(tái)同時(shí)開展工作。先用Solexa系統(tǒng)進(jìn)行序列分析，再用SOLiD系統(tǒng)對(duì)相同的樣本進(jìn)行二次分析，最后選擇兩種技術(shù)共同檢測到的基因變異位點(diǎn)作為后續(xù)深入研究的最終數(shù)據(jù)集。這樣做能夠盡可能地彌補(bǔ)技術(shù)本身的不足，可以最大限度地確保結(jié)果的準(zhǔn)確性。”347個(gè)突變基因就是在這一繁瑣的過程中篩選出來的。

而早在2006年，黃健團(tuán)隊(duì)就曾利用Solexa系統(tǒng)的前身技術(shù)，完成了我國首例肝臟轉(zhuǎn)錄組的測序和分析工作，當(dāng)時(shí)序列的長度是18bp。2010年，團(tuán)隊(duì)又完成了中國首個(gè)“百種單基因遺傳病”的高通量測序和數(shù)據(jù)分析工作。這項(xiàng)研究建立的技術(shù)可以一次同時(shí)檢測100種單基因遺傳病致病基因的變異譜，不僅能夠發(fā)現(xiàn)已知的突變類型，而且可以發(fā)現(xiàn)新的基因突變，為產(chǎn)前診斷和遺傳咨詢奠定了很好的基礎(chǔ)。這些經(jīng)驗(yàn)都為本次的研究工作順利完成奠定了良好的基礎(chǔ)。

團(tuán)結(jié)奮斗共同成長

任何成果都不是一蹴而就的，它來源于研究者長期的積累與沉淀。而該項(xiàng)目短短兩年時(shí)間就取得如此顯著成果，更得益于國內(nèi)多家優(yōu)秀科研單位和醫(yī)院的共同發(fā)力。

這一項(xiàng)目的實(shí)施得到了科技部和衛(wèi)生部的大力支持，由國家人類基因組南方研究中心、生物芯片上海國家工程研究中心、上海伯豪生物技術(shù)有限公司參與領(lǐng)導(dǎo)，并聯(lián)合了深圳市第三人民醫(yī)院、復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院和無錫市人民醫(yī)院等國內(nèi)多家知名醫(yī)院共同完成。

“我們一直認(rèn)為，醫(yī)學(xué)研究工作是利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)解決臨床中急需解決的問題，這需要多方的合作?！秉S健說，正是各方強(qiáng)烈的合作意愿和共同的研究目標(biāo)促成了本次的聯(lián)合研究機(jī)制。

也正是這一合作機(jī)制的建立，最大化整合了國內(nèi)基因組學(xué)研究領(lǐng)域的各項(xiàng)優(yōu)質(zhì)資源，包括研究人員、研究平臺(tái)、研究樣本等，確保甚至加速了各項(xiàng)科研工作的順利開展。

如果說聯(lián)合研究機(jī)制的推動(dòng)是成果取得的切實(shí)保障，那么黃健等項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)者在過去研究過程中所積累的豐富經(jīng)驗(yàn)，就是成果取得的雄厚基石。

2009年12月，由黃健和導(dǎo)師韓澤廣教授領(lǐng)導(dǎo)的功能基因課題組在國際著名雜志The Journal of Clinical Investgation（《臨床研究雜志》）上發(fā)布抑癌基因研究方面的新進(jìn)展—發(fā)現(xiàn)了一個(gè)可以抑制肝癌轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵基因SCARA5。

黃健介紹，SCARA5基因位于第8號(hào)染色體短臂上，之前一直沒有引起注意。課題組利用大規(guī)模功能基因組方法篩選，歷經(jīng)4年，才在幾萬個(gè)基因中發(fā)現(xiàn)了這個(gè)對(duì)肝癌轉(zhuǎn)移有舉足輕重作用的基因SCARA5。

研究發(fā)現(xiàn)，正常肝臟中，SCARA5所表達(dá)的蛋白質(zhì)的量很高，但在約80%的肝癌樣本中，幾乎找不到它所表達(dá)蛋白的蹤影。他們通過小鼠動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明了自己研究思路的正確性。

黃健研究團(tuán)隊(duì)

隨后他們在更深入的研究中發(fā)現(xiàn)，SCARA5基因的使命實(shí)際上是抑制癌基因FAK的活性，不讓它活化。因?yàn)榛罨腇AK，會(huì)驅(qū)使癌細(xì)胞瘋狂擴(kuò)散，更能夠使正常細(xì)胞發(fā)生過度增殖。

評(píng)審專家認(rèn)為，這不僅是發(fā)現(xiàn)了一個(gè)與癌癥相關(guān)的重要基因，為肝癌提供了潛在新型診斷和治療方法，還采用了新的研究方法，拓展了研究思路。

另一項(xiàng)研究成果發(fā)表于2006年11月，當(dāng)時(shí)黃健已經(jīng)擔(dān)任了國家人類基因組南方研究中心的課題組長。在韓澤廣教授的指導(dǎo)下，發(fā)現(xiàn)了可能是非常有效的肝癌治療新靶點(diǎn)—印跡基因DLK1。

研究中，他們對(duì)82例肝癌樣本進(jìn)行了檢測，發(fā)現(xiàn)DLK1基因在73.2%的肝癌樣本中表達(dá)明顯上升，而在正常健康的肝臟組織中DLK1基因并不表達(dá)。

此外，利用免疫組織化學(xué)染色技術(shù)，檢測另外88例原發(fā)性肝癌組織樣本，他們還發(fā)現(xiàn)DLK1基因與目前臨床常用的肝癌早期診斷指標(biāo)甲胎蛋白在病理診斷上能形成互補(bǔ)，聯(lián)合檢測DLK1基因和甲胎蛋白可以將肝癌的診斷率提高25%以上，這顯示了DLK1基因可能發(fā)展為新的肝癌診斷指標(biāo)的潛質(zhì)。

他們還發(fā)現(xiàn)，降低DLK1基因表達(dá)水平能明顯抑制肝癌細(xì)胞的增殖，并通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明了這一重要結(jié)論。這些都說明DLK1基因可能是非常有效的肝癌治療新靶點(diǎn)，為開發(fā)藥物治療肝癌提供了新的思路。

基因服務(wù)健康值得期待

黃健介紹，在過去的一年里，大約每個(gè)月都有兩到三個(gè)家族全基因組和全外顯子組測序工作被用于疾病的基因變異檢測。

馬里蘭貝塞斯達(dá)國家衛(wèi)生研究所的“不能確診疾病計(jì)劃”，已經(jīng)接待了超過5000次的咨詢、查閱了3000份醫(yī)療文件，并對(duì)15%的病例進(jìn)行了基因組學(xué)技術(shù)診斷。

遺傳學(xué)家和兒科醫(yī)生Thomas Markello介紹說，他的研究小組已經(jīng)確證多個(gè)疾病的遺傳病因，還有大量的新志愿者需要進(jìn)行驗(yàn)證。

英國醫(yī)學(xué)研究臨床科學(xué)中心的分子遺傳學(xué)家Tim Aitman說，全基因組測序?qū)⒅苯邮够颊呤芤?。盡管現(xiàn)在聽起來像奇聞，“但它是不可忽視的，并有可能在未來的5～10年內(nèi)更加普及?！?/p>

在世界的各個(gè)角落，基因組學(xué)的知識(shí)和技術(shù)都在迅速的發(fā)展和進(jìn)步，它所表現(xiàn)出的巨大潛能，吸引著世界各地科學(xué)家們?yōu)橄嚓P(guān)技術(shù)大范圍走進(jìn)臨床、服務(wù)大眾、改善民生而不斷努力。

而我們的科學(xué)家，也不曾懈怠。黃健他們正對(duì)肝細(xì)胞癌進(jìn)行更深入的研究，比如在國家“863”計(jì)劃支持下，針對(duì)肝細(xì)胞癌的全基因組和全轉(zhuǎn)錄組序列數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，試圖從一個(gè)全新的視角解讀肝癌發(fā)生和發(fā)展規(guī)律；另外，在國家自然基金和上海市科委重點(diǎn)項(xiàng)目資助下，系統(tǒng)研究肝癌的甲基化和羥甲基化譜，并探討兩種譜系的異常對(duì)基因表達(dá)的影響。“這些都是基于高通量數(shù)據(jù)的分析，希望最終的研究成果能夠?yàn)槿藗內(nèi)嬲J(rèn)識(shí)肝癌，并最終攻克肝癌提供幫助?！痹谏钊腴_展醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究之外，黃健團(tuán)隊(duì)還在積極探索基因組學(xué)技術(shù)在臨床的轉(zhuǎn)化應(yīng)用，比如基于外周血中的核酸（DNA和RNA），利用高通量測序，開發(fā)單基因病和染色體病的產(chǎn)前診斷技術(shù)，以及腫瘤的早期診斷和轉(zhuǎn)移復(fù)發(fā)監(jiān)測技術(shù)，希望能在公共衛(wèi)生領(lǐng)域解決一些實(shí)際問題。此前，惠及廣州地區(qū)數(shù)萬名育齡婦女的“預(yù)防宮頸癌HPV篩查”活動(dòng)，就采用了他們研發(fā)出的一種快速、準(zhǔn)確、低價(jià)的宮頸癌檢測技術(shù)。

克癌路漫漫，信念伴前行，風(fēng)雨過后終將迎來絢麗的彩虹。在科學(xué)家們的努力推動(dòng)下，基因組學(xué)正快速發(fā)展，用基因服務(wù)健康，這一美好未來值得期待。

黃?。ㄗ蠖┰趶V東鶴山址山鎮(zhèn)的“適齡婦女宮頸癌免費(fèi)篩查項(xiàng)目”培訓(xùn)現(xiàn)場