每周四，來自不同學(xué)科的頂尖專家匯聚在北京協(xié)和醫(yī)院疑難病會診中心——他們會共同為疑難病和罕見病患者和家庭提供診治方案。疑難、罕見病是診療挑戰(zhàn)較大的疾病領(lǐng)域，也是全球共同的重大公共衛(wèi)生問題。在這一背景下，醫(yī)學(xué)科研尤為重要。參與會議的除了全國323家罕見病診療協(xié)作網(wǎng)醫(yī)院的醫(yī)生們，還有從事基礎(chǔ)研究的科學(xué)家。可以說，這既是一場針對患者的大型專家會診，也是一場針對基礎(chǔ)與臨床交叉的多學(xué)科聯(lián)合課堂。

“多種感染性疑難病或罕見病由于缺乏近似模擬人體組織生理環(huán)境和病理特征的體內(nèi)外模型，難以進(jìn)行疾病發(fā)生、發(fā)展的機(jī)制研究，制約了創(chuàng)新藥物的研發(fā)。”會診中代表基礎(chǔ)研究的專家之一冷泠說。針對上述醫(yī)學(xué)科研中的痛點(diǎn)難點(diǎn)和人民健康的需求，她的團(tuán)隊(duì)長期聚焦于細(xì)胞外基質(zhì)微環(huán)境對細(xì)胞功能的調(diào)控研究，并基于細(xì)胞和基質(zhì)的相互作用，進(jìn)行復(fù)雜類器官的構(gòu)建及其在疑難性疾病中致病機(jī)制和藥靶研發(fā)的研究，為疾病的發(fā)生和診治提供科學(xué)支撐。

冷泠（左一）參加北京協(xié)和醫(yī)院罕見病多學(xué)科會診并在會上發(fā)言

技術(shù)手段與機(jī)制研究并同發(fā)展

2019年2月，我國罕見病領(lǐng)域發(fā)生了一件大事：國家衛(wèi)健委印發(fā)了《關(guān)于建立全國罕見病診療協(xié)作網(wǎng)的通知》，遴選了罕見病診療能力較強(qiáng)、診療病例較多的324家醫(yī)院組建了全國罕見病診療協(xié)作網(wǎng)，對罕見病患者進(jìn)行相對集中診療和雙向轉(zhuǎn)診。北京協(xié)和醫(yī)院則是全國罕見病診療協(xié)作網(wǎng)的國家級牽頭醫(yī)院。全國的罕見病診療協(xié)作網(wǎng)剛剛組建，正是急缺各個(gè)學(xué)科高質(zhì)量人才的時(shí)刻。冷泠也正是在這時(shí)加入北京協(xié)和醫(yī)院，作為引進(jìn)人才獲聘中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院協(xié)和醫(yī)學(xué)院研究員、準(zhǔn)聘教授，人才項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，以及北京協(xié)和醫(yī)院的教授和干細(xì)胞質(zhì)控室負(fù)責(zé)人，并加入北京協(xié)和醫(yī)院罕見病研究的大團(tuán)隊(duì)中。

“多種疑難病是由于組織細(xì)胞外基質(zhì)（Extracellular Matrix, ECM）的改變而導(dǎo)致發(fā)病的。ECM成分、結(jié)構(gòu)、硬度和豐度的失調(diào)會導(dǎo)致多種病理狀況，甚至誘發(fā)致死性疾病。然而，迄今為止，ECM作為重要的組織微環(huán)境如何調(diào)控細(xì)胞的功能研究尚處于空白。”冷泠說。在早期的研究中，冷泠等人首次應(yīng)用基質(zhì)組學(xué)技術(shù)鑒定可用于皮膚罕見病T細(xì)胞淋巴瘤（MF型）早期診斷的ECM生物標(biāo)志物，以減少此類罕見病的臨床誤診率來提高患者的生存率。然而，ECM研究與普通胞內(nèi)蛋白研究手段非常不同，為了研究ECM對細(xì)胞的調(diào)控作用在疾病中的致傷機(jī)理和修復(fù)潛能，冷泠及其科研團(tuán)隊(duì)利用很長一段時(shí)間突破了ECM蛋白難獲取、樣本前難處理和缺乏有效定義的數(shù)據(jù)庫等多方面技術(shù)問題，創(chuàng)建了基于激光顯微切割結(jié)合組織工程技術(shù)的空間基質(zhì)組學(xué)技術(shù)。

2022年7月，冷泠團(tuán)隊(duì)在《自然·通訊》（Nature Communications）雜志上前后分別發(fā)表了基于空間基質(zhì)組學(xué)技術(shù)揭示表皮干細(xì)胞龕的基底膜ECM蛋白對細(xì)胞功能的調(diào)控機(jī)理的研究性論著。上述研究突破了ECM在組織穩(wěn)態(tài)和疾病狀態(tài)下基于空間信息和組織內(nèi)部異質(zhì)性的研究瓶頸，并獲一項(xiàng)專利授權(quán)。其中，空間基質(zhì)組學(xué)技術(shù)揭示表皮干細(xì)胞龕ECM蛋白TGFBI調(diào)控干細(xì)胞功能的研究成果被作為F1000Prime（一個(gè)根據(jù)生物學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域全球領(lǐng)導(dǎo)者意見評級和評價(jià)的科研論文推薦服務(wù)系統(tǒng)）亮點(diǎn)文章推薦和好評，學(xué)界專家認(rèn)為“此研究闡明了基底膜ECM作為干細(xì)胞龕的重要性，其所形成的數(shù)據(jù)集對于理解皮膚中ECM分布和功能具有很高的價(jià)值。”

值得一提的是，冷泠團(tuán)隊(duì)利用ECM促進(jìn)干細(xì)胞功能這一特性，創(chuàng)建了一種具有表皮、真皮和皮下組織完整細(xì)胞極性的皮膚類器官，和富含毛囊和皮脂腺等附屬器及不同神經(jīng)細(xì)胞類型的神經(jīng)系統(tǒng)。相比2D細(xì)胞體系，類器官能夠模擬真實(shí)器官的3D結(jié)構(gòu)、細(xì)胞類型組成和功能的特定方面，展現(xiàn)了形態(tài)發(fā)生中組織內(nèi)不同細(xì)胞類型的分類和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的更高層次重組，能夠體現(xiàn)疾病過程中組織器官在不同細(xì)胞類型間物理和化學(xué)的相互作用，可以更好地用于模擬器官組織的發(fā)育過程及生理病理狀態(tài)的近似體內(nèi)真實(shí)特征。冷泠團(tuán)隊(duì)還意外發(fā)現(xiàn)類器官移植能夠促進(jìn)硬皮病（一種皮膚罕見病）毛囊、汗腺和血管的再生，同時(shí)，類器官治療可以顯著降低皮膚纖維化的真皮厚度和組織內(nèi)的炎癥程度。上述兩項(xiàng)研究連續(xù)兩期受邀期刊封面發(fā)表在《先進(jìn)科學(xué)》（Advanced Science）上。“類器官治療罕見病的這項(xiàng)研究展現(xiàn)了類器官作為潛在的新型干細(xì)胞療法，在為罕見病患者提供診治方案方面存在的巨大潛力和價(jià)值，這對罕見病無藥可醫(yī)的困境提供了新的方向，是未來罕見病患者的福音！”冷泠說道。

“罕見病患者之所以看病難，一是因?yàn)閱蝹€(gè)疾病患病人數(shù)少，過少的需求導(dǎo)致這一領(lǐng)域的專業(yè)醫(yī)生和可用藥品少；二是因?yàn)榛疾颖緮?shù)太少，醫(yī)學(xué)界缺乏足夠的樣本量進(jìn)行深入研究。但由于80%以上的罕見病由遺傳因素導(dǎo)致，所以我們只需要取病人的一點(diǎn)血，利用體細(xì)胞重編程技術(shù)，就可以獲得病人的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞，利用其誘導(dǎo)分化出多個(gè)可以代表患者的皮膚、心、肝、脾、肺等器官的多種類器官模型，從而替代患者進(jìn)行疾病的發(fā)病機(jī)制、早期診斷和藥物篩選的精準(zhǔn)性和系統(tǒng)性研究，以推動罕見病基礎(chǔ)到臨床的轉(zhuǎn)化研究，以及創(chuàng)新藥物的研發(fā)。”冷泠進(jìn)一步解釋道。

類器官模型助力病毒感染機(jī)制和藥物靶點(diǎn)研究項(xiàng)目

新冠全球大流行的艱難時(shí)刻，冷泠團(tuán)隊(duì)響應(yīng)國家、組織的號召和布局，率先加入了針對新型冠狀病毒發(fā)病機(jī)制和藥靶篩選的一系列緊急的國家、院校等重大項(xiàng)目攻關(guān)。“那個(gè)時(shí)候恰逢年三十，但與時(shí)間賽跑，與病魔交戰(zhàn)，與國外團(tuán)隊(duì)競速，我們絲毫不敢懈怠，可謂爭分奪秒。”功夫不負(fù)有心人，冷泠團(tuán)隊(duì)與協(xié)和醫(yī)院臨床團(tuán)隊(duì)合作，基于前期建立的空間基質(zhì)組學(xué)技術(shù)，首次揭示新冠病毒驅(qū)動的炎癥導(dǎo)致心臟功能障礙的致病機(jī)理，研究成果發(fā)表在《細(xì)胞通訊》（Cell Reports）雜志上；與軍事醫(yī)學(xué)研究院李松院士/鐘武研究員團(tuán)隊(duì)合作，全球首個(gè)發(fā)表基于COVID-19臨床肺組織、肝組織和血液的蛋白質(zhì)組學(xué)和治療靶點(diǎn)研究，率先揭示了SARS-CoV-2感染導(dǎo)致肺部病理損傷及經(jīng)典和非經(jīng)典NF-κB通路炎癥因子風(fēng)暴的分子機(jī)制；與西南醫(yī)院卞修武院士團(tuán)隊(duì)合作，首次揭示了以單核細(xì)胞為主的炎細(xì)胞浸潤、小膠質(zhì)細(xì)胞活化和炎性因子釋放導(dǎo)致缺血缺氧急性腦損傷病變，是單核細(xì)胞腦炎發(fā)生的重要機(jī)制。上述研究的4篇研究型論著均寫在了祖國大地上。成果發(fā)表在2020、2021和2023年的《信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與靶向治療》（Signal Transduction and Targeted Therapy）雜志上，并成為2020年的封面亮點(diǎn)文章和2022年的首都前沿學(xué)術(shù)成果，單篇文章2年內(nèi)被引用130余次。

“在此之前，我主要是做一些基質(zhì)生物學(xué)在類器官和組織工程的研究，從未想到把這些前期工作應(yīng)用到病原感染的研究中來。”冷泠回憶，“當(dāng)人體被病原感染后，受感染者的某些器官組織會受到損傷，一般來說從病理上僅能看到損傷的結(jié)果，但并不清楚病原感染時(shí)間上和空間上的損傷過程，就無法準(zhǔn)確得知病原感染機(jī)制和宿主治療靶點(diǎn)。動物模型或2D培養(yǎng)單一細(xì)胞體系難以模擬病原感染組織的真實(shí)世界，制約了新藥研發(fā)的創(chuàng)新性。我們不可能對人進(jìn)行感染病原的實(shí)驗(yàn)，那么類器官就派上用場了。”類器官能夠近似模擬器官組織的發(fā)育過程及生理病理狀態(tài)的近似體內(nèi)真實(shí)特征。在基于類器官的功能表征、致病機(jī)制解析和藥靶研發(fā)的過程中，時(shí)空組學(xué)與干細(xì)胞前沿技術(shù)的有機(jī)結(jié)合占據(jù)了相當(dāng)重要的地位。“通過前期針對罕見病致病機(jī)制的研究經(jīng)歷，我們發(fā)現(xiàn)，我們的研究手段在病毒嗜性和感染機(jī)制研究方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。”冷泠團(tuán)隊(duì)利用前期創(chuàng)建的皮膚類器官模型，首次為新冠病毒感染和脫發(fā)后遺癥之間的關(guān)聯(lián)提供了證據(jù)，相關(guān)研究結(jié)果以期刊封面形式已經(jīng)發(fā)表在《先進(jìn)科學(xué)》，并成為當(dāng)年下載量最高的文章之一。

以科技創(chuàng)新照亮罕見病患者生的希望

實(shí)驗(yàn)室里的光，不僅匯聚成了科研人員事業(yè)中的榮譽(yù)，也照亮了患者新生的方向。

如今，冷泠研究團(tuán)隊(duì)長期以來已經(jīng)形成臨床—科研一體化研究平臺與體系。從2019年到2023年，他們一直致力于利用干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)結(jié)合多組學(xué)大數(shù)據(jù)進(jìn)行感染性疑難病和罕見病的基礎(chǔ)和轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究，進(jìn)行多種類器官模型及相關(guān)數(shù)據(jù)庫的研發(fā)，尤其注重外胚層來源組織器官的疑難病與罕見病致病機(jī)制的相關(guān)問題。后續(xù)，在醫(yī)院疑難、罕見病大團(tuán)隊(duì)的平臺下，冷泠將繼續(xù)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)利用類器官模型進(jìn)行感染性和與罕見性疾病相關(guān)的藥物篩選方面的工作，同時(shí)也會著手推進(jìn)相關(guān)干細(xì)胞藥物的臨床轉(zhuǎn)化工作。

“無藥可用，是橫亙在全球罕見病患者面前的一大難題，而這個(gè)問題在我國尤其突出。”冷泠說。長期以來，中國的罕見病患者用藥長期依賴進(jìn)口，但進(jìn)口藥數(shù)量稀少、價(jià)格昂貴、引進(jìn)難度大，只有極少部分罕見病患者有藥可用。她說：“我們接下來的重點(diǎn)工作就是與更多單位合作，利用我們的類器官模型進(jìn)行更多的先導(dǎo)藥物的研發(fā)和測試。只要我們早一步出成果，就有可能產(chǎn)出更多針對罕見病的特效藥，就會有更多的人獲救。”

冷泠

（圖片及供稿單位：科學(xué)中國人）