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学术冰桶

刘明耀教授于医学院开展“G-蛋白偶联受体与基因编程:从基础研究到肿瘤免疫细胞治疗”讲座

发表人:发表时间:2018-10-29浏览次数:

 

      主讲人介绍:刘明耀教授,男,1962年生于湖南,1982年获湖南师范大学学士学位,1985年获湖南师范大学硕士学位,1992年获美国马里兰大学细胞生物学博士学位;1993年到1998年先后在美国约翰-霍普金斯大学医学院神经科学系和加州理工学院生物学部做博士后研究;19992007年先后在美国德克萨斯农工大学生物科学与技术研究所任助理教授、副教授及终身教授;2007年受聘回国加入华东师范大学,组建生命医学研究所并任所长;201112月起担任上海市调控生物学重点实验室主任,同年起担任教育部创新团队带头人、国家重大科学研究计划(973项目)首席科学家;2012年入选上海市优秀学科带头人,2012年起任华东师范大学生命科学学院院长。刘明耀教授致力于G蛋白偶联受体(GPCR)在个体发育和肿瘤及重大疾病发生发展过程中的功能及信号转导机理研究,以及靶向GPCR的新药研发。回国后作为首席科学家主持中国重大科学研究计划1项,主持国家自然科学基金重点项目2项,参与国家重大专项新药创制项目1项。已在ScienceNatureNature BiotechnologyPNASJ Natl Cancer Inst等国际学术刊物上发表SCI论文150多篇,申请专利30多项,获得授权专利6项。

 

主持人:今天非常荣幸地请到了我们师范大学杰出校友刘明耀教授,为我们做第二场报告。刘教授的报告标题是G-蛋白偶联受体与基因编辑:从基础研究到肿瘤的免疫治疗,这都是非常前沿的课题。我这里首先介绍一下刘明耀教授的学术经历:刘老师是1982年本科毕业于湖南师范大学生物系,是我们的学长的学长。1992年获美国马里兰大学细胞生物学博士学位,1993年到1998年先后在美国约翰-霍普金斯大学做博士后研究;19992007年先后在美国德克萨斯农工大学任助理教授、副教授及终身正教授;美国德州大学MD Anderson 癌症中心博士生导师。2008年作为首批国家特聘教授受聘回国加入华东师范大学,成立生命医学研究所并任所长;201112月起他担任上海市调控生物学重点实验室主任,以及教育部创新团队带头人、国家重大科学研究计划(973项目)首席科学家;2012年他入选上海市优秀学科带头人,任华东师范大学生命科学学院院长。刘明耀教授长期致力于G蛋白偶联受体(GPCR)在个体发育和重大疾病发生发展过程中的功能及信号转导机理研究,以及基因编辑与疾病治疗的新药研发。已在ScienceNatureNatureMedicineNature BiotechnologyNatureCommunicationsPNAS等国际学术刊物上发表SCI论文250多篇,获得授权专利30余项。现在,我们有请刘明耀教授为我们做学术报告,大家掌声欢迎。

 

刘明耀:非常感谢这么隆重的介绍,我在78年进入了师大的生物系,就读硕士研究生后,85年于师大毕业,毕业以后还在师大当了两年老师。也就是说,我人生中最年轻、青春中最美好的十年都是在师大度过的,为此我感到十分荣幸。今年的27号是师大建校八十周年纪念日,78年的学生在18年为此都回到长沙,所以也是我们大学同学相识40周年的同学聚会。今天我很高兴来到这里,能够跟大家分享一下我们的实验室到底在研究什么。我们现在主要在做两个方面,正如标题所写,第一个是G-蛋白偶联受体,第二个是基因编辑,我们把基础的物质转化和研究有机地结合起来。但是对于大多数同学来说,我们讲课的时候是没有具体讲到G-蛋白偶联受体,那么研究G-蛋白偶联受体的意义在哪里,我们的目标又是什么?接下来我们会简单地介绍一下。

 

G-蛋白偶联受体是细胞表面最大的一类跨膜受体蛋白超家族,可以说是体内最庞大的一个膜受体家族,它所传导的途径在细胞学上基本上分为两大类,一个是经典的,也就是说classic细胞传导途径,主要通过G-蛋白,通过second message system来调控蛋白、调控转变因子这样的一个细胞传导途径。另外一个,我们叫做非经典的细胞传导途径,它可以通过编导message直接调控很多功能。那么G-蛋白偶联受体它具有什么功能呢?大家能够想象到的正常的生物学功能都与G-蛋白偶联受体有关系,它能够直接调控所有重要的生理活动,从我们眼睛的感光开始——也就是说视觉,到嗅觉,再到我们的味觉;再者,从生殖发育到神经作用,再到心血管代谢,都与G-蛋白偶联受体有非常明确的关系。如果说G-蛋白偶联受体出了问题或者是我们的身体出了问题,它对我们的病理状况,比如说肥胖、代谢性疾病、心血管疾病等等,和G-蛋白偶联受体都有一定的关系。也正因为它在病理、生理中都是非常重要的,所以在过去所有大的药厂做新药研发时基本上都要直接或者间接地研究G-蛋白偶联受体。在应用方面,2016年销售量前十位的小分子药物中,有关G-蛋白偶联受体的占据了一半以上,它是一个非常重要的药物靶标。同时,现在这种药物靶标中——我刚刚讲的八百八十六个中——我觉得真正能够做药物靶标的只有百分之三十左右,可见G-蛋白偶联受体作为一种药物靶标,它的地位是非常高的。

 

基础研究中,很多的领域能获得一次诺贝尔奖已经很了不起了,而G-蛋白偶联受体及其他相关工作在过去已经十次获得了诺贝尔奖。即便如此,我们说还有一半的G-蛋白偶联受体叫做orphan receptororphan receptor是什么意思呢?就是说它的生物学功能或者说生理功能是不清楚的,它的配置是什么也是不清楚的,这就表明我们还有一半左右的G-蛋白偶联受体从它的蛋白质结构来说,到底在体内发挥怎样的生物学功能或者说生理功能我们还不清楚。这样的受体我们就叫做orphan receptor

 

有一半的靶标在体内起到怎样的生理功能,我们是不清楚的。这就是为什么我们回到华师大以后第一件事就是要研究这个orphanreceptor的组织基因,想弄清楚它的生物学功能的受体。要弄清这个受体是很容易的,但如果我们要从免疫干细胞、心血管等等不同的方面来研究它的生物学功能,难度还是挺大的。所以说回到华师大以后我们为什么做基因编辑呢,这个故事就是这么来的。因为我们要做基因消除,我们要建工房——要进行传统的基因打靶,那个时候的打靶非常困难,速度也很慢。当时,我们的目标是要得到两百多个G-蛋白偶联受体,研究它的生物学和生理功能。我们必须先在动物中通过基因打靶的方式把它们消除掉,正因为此,后来我们的基因编辑技术处于世界一流水平。我们要研究G-蛋白偶联受体,要研究这些orphan receptor的生物学功能,就必须在动物中把这些受体的基因敲掉,我们必须得有这个基因编辑技术。

 

在这里我给大家讲几个故事吧,第一个故事就是我们怎么来做基础研究。我刚才讲到了这个G-蛋白偶联受体首先要做orphan receptor的功能研究,怎么来做这些功能研究呢,方法就是我们刚刚所讲到的收集。

      就像我们今天的主题所说的这样,我们第一要做基础功能研究;第二要“敲掉”这些受体,因为在新药研发中这个受体是非常重要的药物靶标;第三个我们需要真正地把基础和转化有机结合起来。举个例子来说,我们怎么做基础研究的基因编辑呢?就是找出这个基因的膜受体功能是什么,配置是什么。从基础研究的角度明白G-蛋白偶联受体的价值,我们第一个研究的受体是LGR456,研究了快二十年了,当时的这个受体家族也是orphan receptor——不知道配置是什么,也不知道功能是什么,只能够看到这个受体家族Leucine-rich repeat-containing G-protein coupled receptors。比如说LH2SH2PSH2这三个最出名的受体,在当时我们做研究的时候,既不知道它们的生物学功能是什么也不知道它们的配置是什么,因此我们选择了这个研究。在研究的过程中,有一个德国人,他发现这个LGR5在干细胞中非常重要。我们发现成体干细胞的数量非常庞大,但是我们要怎样来研究这个干细胞呢?哪些细胞是干细胞,什么标志着它是干细胞?那个德国人就发现LGR5是干细胞的一个很重要的marker,现在你们看到被染成蓝色的就是LGR5,这些LGR5是干细胞的marker。这个发现轰动了世界,对于整个成体干细胞的研究是一个重要的条件。这些LGR5作为正常的成体干细胞的标志,不存在于肿瘤干细胞中。

      从发育的角度来说,我们发现LGR4在整个发育过程中比LGR5更为重要,从生殖器官的发育,到子房的发育,再到组胚的发育,LGR5都起着至关重要的作用。即便如此,当时LGR45它的受体配置是什么我们还是不清楚。早期的时候我们发现可以通过LGR family来调节systemLGR是一个经典的G-蛋白偶联受体,我们到了华师大以后,杨正峰博士就找到了我,他发现另外一个同样属于G-蛋白偶联受体的蛋白质。这个研究发现,包括相关的实验,在当时的世界上都是处于领先地位的。这种蛋白质有很多作用,比如说可以调节骨细胞的功能,如果大家有兴趣的话可以自己去搜索资料看一下。

      除了这个以外,我们再讲讲另外两个小故事,关于免疫治疗。这是最近一个很热门的话题,2013年、2017年免疫治疗取得了最大的科学突破,包括两个方面,一个是免疫检查点阻断疗法,包括PD-1PDL-1等,另外一个就是我们讲到的肿瘤免疫细胞的疗法,就是手术,化疗,放疗,靶向治疗等方法,其中最重要的一个方法是第五代的肿瘤治疗,也是今天我们得诺贝尔奖最重要的一个努力方向。2018年诺贝尔生理学或医学奖获得者是70岁的美国免疫学家詹姆斯.P.艾利森以及76岁的日本免疫学家本庶佑,这正是由于他们在免疫负调控的抑制领域所做出的贡献。其中对于肿瘤免疫治疗最重要的方面,就是提出了两个antibodyPD-1PDL-1,把肿瘤细胞、T细胞的免疫机制解除掉了。而陈列平用抗体使T细胞恢复了正常的免疫功能。

      随后PD-1PDL-1发展得很快,自从14年批准以后,现在它们已经进入中国了。但它最大的问题就是抗体治疗效果有待提高,在人群中有效治疗的水平平均只有百分之二十左右,对于另外百分之八十几的人来说,使用PD-1PDL-1之后机体没有产生明显的反应。另外一个免疫治疗的手段,也就是去年批准以后在中国炒的很热闹的car-T基因疗法,在实际的运用中,它的有效率更小,只有百分之十左右,意思就是说对百分之十左右的病人才是有效的,对其他百分之九十几的人来说没有效果,也就是所现在最热门的两种治疗肿瘤的手段对大多数的病人都是没有效果的。为什么会这样呢?这是由于肿瘤所处的一个复杂的微环境,以前我们是把肿瘤看作是一个一个的细胞,而现在我们要把它看作一个器官,他除了肿瘤细胞以外还有大量的其他细胞,包括免疫细胞。这些免疫细胞,比如说我们血管中的细胞等等,也就是说有很多细胞都在肿瘤里面,整个肿瘤就像一个很小的器官,这些免疫细胞在肿瘤这个器官里面起到了一个免疫抑制的作用。比如我们刚才讲的PD-1PDL-1的作用是什么?它是阻碍肿瘤中T细胞的免疫抑制作用。但是在实际应用中,为什么它的治疗效果不理想呢?因为在有些病人的体内,T细胞无法进入到肿瘤里面,那么PD-1的作用是什么?它是用来恢复T细胞正常杀死肿瘤细胞的作用的。可是现在T细胞无法进入,所以不能起到作用。实际上在我们正研究的肿瘤微环境中,我们需要改变肿瘤微环境,让T细胞能够进入肿瘤中,进而能够杀死肿瘤。那么怎么来研究这个问题呢?今天我和大家分享一下我们做的PD-1研究的资料。其实我们刚刚提到的,肿瘤里面除了有各种各样的细胞以外,它的代谢和正常组织的代谢也是不一样的。它代谢以后周围产生了很多的物质,例如葡萄糖代谢能够产生乳酸,氨基酸代谢能够产生相关的犬尿酸,核苷酸代谢产生腺苷,脂肪代谢能够产生脂肪酸等,并且肿瘤组织的微环境代谢产生的活性分子和正常组织也是不一样的,比如说代谢后产生的脂质小分子、腺苷之类的,它对肿瘤组织中的免疫功能是起着重要的调控作用的,它能够激活肿瘤内抑制性的免疫细胞,让T细胞第一是进不去、第二是进去了也起不到作用。这是造成肿瘤组织中免疫抑制环境的主要因素,而感知这些胞外信号分子的正是人体内最大的受体家族GPCR,所以我们要研究它。我们现在要如何做呢?我们制定的第一个策略是利用靶向GPCR来阻断免疫抑制分子信号通路,重塑肿瘤免疫微环境,让它的受体无法起到作用,让它不能抑制PD-1或者是让PD-1进入到肿瘤细胞里面去。接下来我们第一个要做的事情就是了解怎样把不同的受体通过我们合成的小分子把它blank掉,观察它如何来影响这个肿瘤免疫抑制系统。另外一个是,我们发现某种脂质小分子在肿瘤免疫抑制方面有很大的作用,对它出现率最高的受体叫做EP4,这种脂质小分子只对EP4起作用,这样它就可以正确率非常高的完成这个blank的工作,利用这个小分子我们就能使car-T细胞进入到肿瘤组织中,巨噬细胞它也能够从促进肿瘤生长变成抑制肿瘤生长,另外的PBMC的细胞也变少了,最重要的是使用了这种小分子以后,能够使更多的T细胞进入到肿瘤细胞中,让更多的T细胞进入到肿瘤以后就能够杀死肿瘤。这种方法对肿瘤到底有没有效果呢?我们可以看到,在这个实验中,LGR4条件消除小鼠移植瘤模型中肿瘤生长转移显著降低,接下来我们发现很多一开始对加入PD-1PDL-1没有反应的病人在加入这种小分子以后就有效果了,这是一个很好的态势,这个研究代表着我们明年可以着手申报这种新药的专利。另外,我还想讲一个小故事就是,从研究受体的角度,我们怎么来把一个受体blank一下后可以完全改变肿瘤免疫微环境,让这个肿瘤细胞消失,让这个T细胞能够进入到肿瘤中去起作用。在肿瘤里面最多的细胞是免疫细胞的一种巨噬细胞,巨噬细胞分为两大类,有M1型巨噬细胞和M2型巨噬细胞,M2型巨噬细胞在肿瘤里面是促进肿瘤的生长和转移的。那么现在我们有没有什么办法把M2型巨噬细胞变成M1型巨噬细胞呢?如果我们有办法的话,那么这些巨噬细胞能够分泌一种数量很大的因子,能够杀死肿瘤,也就是说肿瘤自己分泌出的物质能够杀死肿瘤自身,这是第一个。第二个,它可以改变肿瘤的微环境,所以说在新药研发的材料上能不能把这个M2型巨噬细胞变成M1型巨噬细胞,如果能达到这一目的那么我们就成功了,因为第一它可以分泌出一种细胞因子杀死肿瘤,第二它能够让T细胞进入肿瘤从而杀死肿瘤,为此我们做了一系列的研究,发现我们前面的LGR4协同PD-1抗体有非常高的癌症治疗效果,我们把这个LGR4在这个巨噬细胞里面“敲掉”,看看到底对肿瘤细胞有什么效果,在正常的情况下,M2型巨噬细胞是可以促进肿瘤细胞的生长的,我们把这个受体“敲掉”,巨噬细胞的类型变化以后,M1巨噬细胞和M2巨噬细胞分泌的细胞因子是完全不一样的,肿瘤细胞的生长就无法得到促进,我们在小鼠的巨噬细胞里面“敲掉”了LGR4,然后去观察它的肿瘤生长得好不好,再把肿瘤接种到小鼠里面去,在所有的小鼠中,只有“敲掉”了巨噬细胞中LGR4受体的小鼠体内的肿瘤生长收到了抑制,LGR4介导的巨噬细胞极化抑制了CD8+T细胞的功能,阻断LGR4信号通路不仅可以逆转巨噬细胞的极化,还可以促进T细胞往肿瘤组织的浸润,提高CD8+T细胞的活性,有望与PD1治疗及cart治疗有机结合提高肿瘤免疫治疗的效果。最后呢我们还有几分钟,我们来简单的讲一下我昨天在郑州大学第一人民医院,号称是郑州最大的附属医院,昨天正好在开一个临床研究的学术会,我们把我们的通用性cart进行了临床研究,所以我来跟大家讲一下我们正在研究的通用性cart,我们前面讲的这个cart的问题实际上有几个方面,实体瘤中疗效甚微是第一个方面的问题,第二个问题是T细胞的活性问题,第三个就是费用太高,最后一个是时间紧急,病人会因病情急速恶化而无法接受cart治疗。然后根据我们前面的研究成果,我们在想能不能利用年轻人的T细胞通过体外改造基因编辑而达到治疗病人肿瘤的效果,也就是通过提前制备、库存现货、来自健康捐献者的T细胞的方式让更多癌症患者受惠于免疫治疗技术,我们通过将基因编辑和cart疗法有机的结合起来来造福越来越多的晚期肿瘤患者,使其自杀基因功能可控、趋化因子信号增强归巢、细胞因子信号增强持久力、单碱基编辑安全性好、敲除工艺简单迅速等等,让新一代基因编辑技术和免疫细胞工程技术为人类健康保驾护航。

      主持人:最后让我们以热烈的掌声感谢刘老师的讲座!谢谢大家!谢谢刘老师!

 

                                                                                                                                  编辑   胡众