堅持自主創新，解罕見病患者之痛

每周四，來自不同學科的頂尖專傢匯聚在北京協和醫院疑難病會診中心——他們會共同為疑難病和罕見病患者和傢庭提供診治方案。疑難、罕見病是診療挑戰較大的疾病領域，也是全球共同的重大公共衛生問題。在這一背景下，醫學科研尤為重要。參與會議的除了全國323傢罕見病診療協作網醫院的醫生們，還有從事基礎研究的科學傢。可以說，這既是一場針對患者的大型專傢會診，也是一場針對基礎與臨床交叉的多學科聯合課堂。

“多種感染性疑難病或罕見病由於缺乏近似模擬人體組織生理環境和病理特征的體內外模型，難以進行疾病發生、發展的機制研究，制約了創新藥物的研發。”會診中代表基礎研究的專傢之一冷泠說。針對上述醫學科研中的痛點難點和人民健康的需求，她的團隊長期聚焦於細胞外基質微環境對細胞功能的調控研究，並基於細胞和基質的相互作用，進行復雜類器官的構建及其在疑難性疾病中致病機制和藥靶研發的研究，為疾病的發生和診治提供科學支撐。

冷泠（左一）參加北京協和醫院罕見病多學科會診並在會上發言

技術手段與機制研究並同發展

2019年2月，我國罕見病領域發生了一件大事：國傢衛健委印發了《關於建立全國罕見病診療協作網的通知》，遴選了罕見病診療能力較強、診療病例較多的324傢醫院組建了全國罕見病診療協作網，對罕見病患者進行相對集中診療和雙向轉診。北京協和醫院則是全國罕見病診療協作網的國傢級牽頭醫院。全國的罕見病診療協作網剛剛組建，正是急缺各個學科高質量人才的時刻。冷泠也正是在這時加入北京協和醫院，作為引進人才獲聘中國醫學科學院協和醫學院研究員、準聘教授，人才項目負責人，以及北京協和醫院的教授和幹細胞質控室負責人，並加入北京協和醫院罕見病研究的大團隊中。

“多種疑難病是由於組織細胞外基質（Extracellular Matrix, ECM）的改變而導致發病的。ECM成分、結構、硬度和豐度的失調會導致多種病理狀況，甚至誘發致死性疾病。然而，迄今為止，ECM作為重要的組織微環境如何調控細胞的功能研究尚處於空白。”冷泠說。在早期的研究中，冷泠等人首次應用基質組學技術鑒定可用於皮膚罕見病T細胞淋巴瘤（MF型）早期診斷的ECM生物標志物，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研究與普通胞內蛋白研究手段非常不同，為了研究ECM對細胞的調控作用在疾病中的致傷機理和修復潛能，冷泠及其科研團隊利用很長一段時間突破了ECM蛋白難獲取、樣本前難處理和缺乏有效定義的數據庫等多方面技術問題，創建了基於激光顯微切割結合組織工程技術的空間基質組學技術。

2022年7月，冷泠團隊在《自然·通訊》（Nature Communications）雜志上前後分別發表了基於空間基質組學技術揭示表皮幹細胞龕的基底膜ECM蛋白對細胞功能的調控機理的研究性論著。上述研究突破了ECM在組織穩態和疾病狀態下基於空間信息和組織內部異質性的研究瓶頸，並獲一項專利授權。其中，空間基質組學技術揭示表皮幹細胞龕ECM蛋白TGFBI調控幹細胞功能的研究成果被作為F1000Prime（一個根據生物學和醫學領域全球領導者意見評級和評價的科研論文推薦服務系統）亮點文章推薦和好評，學界專傢認為“此研究闡明了基底膜ECM作為幹細胞龕的重要性，其所形成的數據集對於理解皮膚中ECM分佈和功能具有很高的價值。”

值得一提的是，冷泠團隊利用ECM促進幹細胞功能這一特性，創建了一種具有表皮、真皮和皮下組織完整細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細胞類型的神經系統。相比2D細胞體系，類器官能夠模擬真實器官的3D結構、細胞類型組成和功能的特定方面，展現了形態發生中組織內不同細胞類型的分類和系統結構的更高層次重組，能夠體現疾病過程中組織器官在不同細胞類型間物理和化學的相互作用，可以更好地用於模擬器官組織的發育過程及生理病理狀態的近似體內真實特征。冷泠團隊還意外發現類器官移植能夠促進硬皮病（一種皮膚罕見病）毛囊、汗腺和血管的再生，同時，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的炎癥程度。上述兩項研究連續兩期受邀期刊封面發表在《先進科學》（Advanced Science）上。“類器官治療罕見病的這項研究展現了類器官作為潛在的新型幹細胞療法，在為罕見病患者提供診治方案方面存在的巨大潛力和價值，這對罕見病無藥可醫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，一是因為單個疾病患病人數少，過少的需求導致這一領域的專業醫生和可用藥品少；二是因為患病樣本數太少，醫學界缺乏足夠的樣本量進行深入研究。但由於80%以上的罕見病由遺傳因素導致，所以我們隻需要取病人的一點血，利用體細胞重編程技術，就可以獲得病人的誘導多能幹細胞，利用其誘導分化出多個可以代表患者的皮膚、心、肝、脾、肺等器官的多種類器官模型，從而替代患者進行疾病的發病機制、早期診斷和藥物篩選的精準性和系統性研究，以推動罕見病基礎到臨床的轉化研究，以及創新藥物的研發。”冷泠進一步解釋道。

類器官模型助力病毒感染機制和藥物靶點研究項目

新冠全球大流行的艱難時刻，冷泠團隊響應國傢、組織的號召和佈局，率先加入了針對新型冠狀病毒發病機制和藥靶篩選的一系列緊急的國傢、院校等重大項目攻關。“那個時候恰逢年三十，但與時間賽跑，與病魔交戰，與國外團隊競速，我們絲毫不敢懈怠，可謂爭分奪秒。”功夫不負有心人，冷泠團隊與協和醫院臨床團隊合作，基於前期建立的空間基質組學技術，首次揭示新冠病毒驅動的炎癥導致心臟功能障礙的致病機理，研究成果發表在《細胞通訊》（Cell Reports）雜志上；與軍事醫學研究院李松院士/鐘武研究員團隊合作，全球首個發表基於COVID-19臨床肺組織、肝組織和血液的蛋白質組學和治療靶點研究，率先揭示了SARS-CoV-2感染導致肺部病理損傷及經典和非經典NF-κB通路炎癥因子風暴的分子機制；與西南醫院卞修武院士團隊合作，首次揭示了以單核細胞為主的炎細胞浸潤、小膠質細胞活化和炎性因子釋放導致缺血缺氧急性腦損傷病變，是單核細胞腦炎發生的重要機制。上述研究的4篇研究型論著均寫在了祖國大地上。成果發表在2020、2021和2023年的《信號轉導與靶向治療》（Signal Transduction and Targeted Therapy）雜志上，並成為2020年的封面亮點文章和2022年的首都前沿學術成果，單篇文章2年內被引用130餘次。

“在此之前，我主要是做一些基質生物學在類器官和組織工程的研究，從未想到把這些前期工作應用到病原感染的研究中來。”冷泠回憶，“當人體被病原感染後，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果，但並不清楚病原感染時間上和空間上的損傷過程，就無法準確得知病原感染機制和宿主治療靶點。動物模型或2D培養單一細胞體系難以模擬病原感染組織的真實世界，制約了新藥研發的創新性。我們不可能對人進行感染病原的實驗，那麼類器官就派上用場了。”類器官能夠近似模擬器官組織的發育過程及生理病理狀態的近似體內真實特征。在基於類器官的功能表征、致病機制解析和藥靶研發的過程中，時空組學與幹細胞前沿技術的有機結合占據了相當重要的地位。“通過前期針對罕見病致病機制的研究經歷，我們發現，我們的研究手段在病毒嗜性和感染機制研究方面具有得天獨厚的優勢。”冷泠團隊利用前期創建的皮膚類器官模型，首次為新冠病毒感染和脫發後遺癥之間的關聯提供了證據，相關研究結果以期刊封面形式已經發表在《先進科學》，並成為當年下載量最高的文章之一。

以科技創新照亮罕見病患者生的希望

實驗室裡的光，不僅匯聚成了科研人員事業中的榮譽，也照亮了患者新生的方向。

如今，冷泠研究團隊長期以來已經形成臨床—科研一體化研究平臺與體系。從2019年到2023年，他們一直致力於利用幹細胞與再生醫學結合多組學大數據進行感染性疑難病和罕見病的基礎和轉化醫學研究，進行多種類器官模型及相關數據庫的研發，尤其註重外胚層來源組織器官的疑難病與罕見病致病機制的相關問題。後續，在醫院疑難、罕見病大團隊的平臺下，冷泠將繼續帶領團隊利用類器官模型進行感染性和與罕見性疾病相關的藥物篩選方面的工作，同時也會著手推進相關幹細胞藥物的臨床轉化工作。

“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口，但進口藥數量稀少、價格昂貴、引進難度大，隻有極少部分罕見病患者有藥可用。她說：“我們接下來的重點工作就是與更多單位合作，利用我們的類器官模型進行更多的先導藥物的研發和測試。隻要我們早一步出成果，就有可能產出更多針對罕見病的特效藥，就會有更多的人獲救。”