外科医生的另外一把刀:上海肺科医院姜格宁教授专访

姜格宁,主任医师,教授,博士生导师。现任同济大学附属上海市肺科医院胸外科主任,同济大学医学院外科学系副主任。并且担任中华医学会胸心血管外科学会常委、肺癌学组组长,上海市医学会胸外科专科分会主任委员,中华胸心血管外科杂志副总编辑,英国皇家外科学院院士(FRCS),美国胸心外科学会会士(AATS Member)。

1982年本科毕业于上海第二医学院(现上海交通大学医学院),1999-2000年赴美国BJC医院和Mayo Clinic进修。

曾获国家科技进步二等奖、中华医学科技一等奖、二等奖,教育部科技进步二等奖,上海市科学技术二等奖、三等奖,上海医学科技奖二等奖、三等奖等。并获全国卫生计生系统先进工作者、上海市领军人才、上海市五一劳动奖章、上海医学发展杰出贡献奖等荣誉称号。

当问起姜格宁教授记忆最深的时刻,就是1977年的12月,可能也是上海知识分子心中最温暖的一个冬天。对于十八岁的姜格宁来说,迎来了人生中最重要的转折点——恢复高考。每到此时,便会引出他那一段特别的回忆:

“1975年我从同济中学高中毕业,分到宝山刘行插队落户。恢复高考的消息刚传出来时,我正在下乡,公社不让我们回家复习,只能在村里边干活、边复习。在参加高考前,我们公社还组织了一场初试,要求通过了初试的人才能获准去参加高考。我还算幸运,顺利地过了公社这一关。后来政策出来之后,公社才允许知青回家复习。我父母都是在二军大工作,母亲是中学里的数学老师,所以家里有几本理科的书,便翻出来给我复习用。我家住在部队大院,部队子弟学校专门为要参加高考的子弟组织了一个补习班。为了提高复习效率,我自己也制定了备考计划,在仅有的2个多月复习时间里,除了去上补习班之外,我基本闭门不出,全身心投入复习。复习到后期,周围的同学遇到难题来问我,我几乎都能解答出来,这让我逐渐对高考有了信心。所以参加考试时我的心态很平静,并不觉得紧张有压力。当年我是在大场的行知中学考试的。由于考场离我家比较远,开考前一天,我特意骑自行车去考场走了一遍路线,从五角场骑到大场。当时路况很差,骑了2个多小时。担心爆胎,考前一天,父亲还特意为我更换了自行车的轮胎。第二天早晨5点多,我简单收拾了文具,便骑车赶考去了。高考结束后,我的自我感觉还不错。两个月后,录取通知书终于来了,我拿到了跨入二医校门的通知证。”

姜格宁教授深耕胸外领域三十年,主刀完成各类手术两万余台,尤其在肺部微创手术、气管外科、胸壁重建及肺移植方面,蜚声国际。他所带领的临床/基础研究课题组,在与临床工作不断的磨合促进中,也成为该领域的一抹亮色。

但凡提到外科医生,多是刀光剑影,手到病除。不过在姜格宁教授课题组,不仅仅有繁重临床实践中的救死扶伤,还有围绕着外科治疗的基础研究,从分子检测到生物材料,也是一道别致的风景。现就其近期发表的五篇工作,做一略述,管中窥豹,洞见风采。

“早发现 早诊断 早治疗”对于提高肺癌患者生存率具有重要意义。姜格宁教授的科研项目也围绕“三早”原则逐层铺开。第一,肺癌病灶的早发现、早诊断。课题组在筛选实验确定肺癌中甲基化水平变化显著基因(SHOX2PTGER4基因)的基础上,建立了以外周静脉血样本分析SHOX2PTGER4基因甲基化水平的实时定量聚合酶链反应(Real-time quantitative polymerase chain reaction, QPCR)体系。在对475例健康对照样本的检测确定SHOX2PTGER4基因甲基化水平参考值后,课题组收集了828例因肺脏疾病而行切除术的患者,与病理检查相比,依据SHOX2PTGER4基因甲基化水平对肺癌进行诊断的灵敏度和特异度分别为 96.0%和92.4%,其中对于早期肺癌诊断的灵敏度和特异度达95.4%和68.6%,该研究被Small Methods收录(Small Methods, 2019, 1800424)。

图1 SHOX2和 PTGER4基因甲基化水平QPCR检测体系的建立过程。图片来源Small Methods, 2019, 1800424

第二,肺癌病灶的早治疗。基因型检测是肺癌靶向治疗的基础,姜格宁教授2013年就率先引入该项目,目前已为超过一万名患者进行了准确的检测。扩增受阻突变检测体系(ARMS-QPCR)是目前主要的基因型检测系统,但ARMS-QPCR对于野生型和突变体峰形图不一致样品的灵敏度较低。为了进一步提高临床常用QPCR体系肺癌驱动基因突变检出的灵敏度,姜格宁教授课题组通过设计特异性突变体引物,构建了扩增效率高、突变检出灵敏的突变选择扩增特异性PCR体系(mutation-selected amplification specific system PCR, MASS-PCR)。课题组收集了717例肺癌标本,对比MASS-PCR、ARMS-QPCR和二代测序的灵敏度。对于手术切除的肺癌组织,MASS-PCR和ARMS-QPCR的检测灵敏度相当(kappa value > 0.733),而对于MASS-PCR和ARMS-QPCR检测结果不一致的样本,直接测序的结果更多的支持MASS-PCR的结果。此外,MASS-PCR对于石蜡包埋组织检测的灵敏度可以与二代测序媲美(kappa value = 0.79)。研究成果发表于SmallSmall., Accepted)。

图2 MASS-PCR扩增曲线图。图片来源Small., Accepted

为了自主研发适合我国肺癌患者分子遗传学特征的抗肺癌药物,姜格宁教授带领课题组成员开展了肺癌全外显子组测序,并根据测序结果提出以HER2和VEGF为靶点构建特异性抗肺癌抗体。课题组首先按照常规方法制备同时靶向HER2和VEGF的双特异性抗体,虽然尝试了不同的结构和连接顺序,候选抗体始终面临表达量过低的问题。为了解决这一问题,在构建了160多个分子的基础上,课题组首次将IgG诱捕策略(IgG Decoy)引入双抗体的构建,研发出全球首款同时靶向HER2和VEGF的双特异性抗体YY0411。YY0411不仅展现出与市售HER2和VEGF单克隆抗体相当的结合HER2和VEGF的能力,还具有单克隆抗体不具备的同时识别并结合HER2和VEGF蛋白的能力。在抗肿瘤方面,YY0411显著抑制多株人肿瘤细胞(人肺癌Calu-3细胞,人胃癌NCI-N87细胞和人乳腺癌MDA-MB-453细胞)在体外的增殖,抑制效果优于单独应用HER2单克隆抗体、单独应用VEGF单克隆抗体以及联合应用HEP2和VEGF单克隆抗体;YY0411对人肺癌细胞Calu-3细胞在裸鼠皮下诱导成瘤能力的抑制也优于联合应用HEP2和VEGF单克隆抗体。研究成果发表于Adv. Mater.Adv Mater., 2018,30,e1805437)。

图3 a&b) 同时靶向HER2和VEGF的双特异性抗体能够有效识别HER2和VEGF。c-f) 同时靶向HER2和VEGF的双特异性抗体可以高效结合HER2或/和VEGF。图片来源:Adv Mater., 2018,30,e1805437

作为外源性异物,双特异性抗体进入人体后易被机体免疫系统清除,为了给其提供一个能够有效逃避清除的载体,姜格宁教授课题组以肿瘤组织和正常组织微环境差异为切入点,提出构建一个既能通过芬顿效应产生活性氧发挥抗肿瘤效果,又能作为纳米药物载体的材料。课题组构建了以三硫醇为末端的聚甲基丙烯酸(PTMP-PMAA)修饰的一维磷化亚铁纳米棒(FP NRs)。FP NRs在不同的分散剂中显示出良好的亲水性和稳定性,并具有从UV到NIR II窗口的超宽吸收带和比目前大部分光热材料更大的摩尔消光系数。FP NRs自身具有显著的促·OH生成能力,超声和光热还可以进一步提高FP NRs生成·OH的能力。在小鼠子宫颈癌细胞(U14)荷瘤小鼠(Balb / c)模型中,应用FR NRs 并辅以1064nm激光照射后,小鼠体内的肿瘤完全消失。研究成果被Angew. Chem.收录(Angew. Chem. Int. Ed., 10.1002/anie.201813702)。

图4 a)FP NRs的构建流程图. b) 在超声和光热辅助线FP NRs 在近红外光I/II中表现出优异的性能。图片来源Angew. Chem. Int. Ed., 10.1002/anie.201813702

呼吸系统常见院感致病因素军团菌,嗜肺军团菌,非结核分枝杆菌和鸟分枝杆菌的控制是院感控制的一项重要内容,除了病房等区域,饮用水系统也是不容忽视的一个区域。姜格宁教授课题组利用细菌16S rRNA基因测序分析了具有不同预处理单元的两套水处理工艺对等的菌落变化的影响,文章发表于Small (Small., 2019,15,e1804436)。

图 5 两套水处理工艺的具体流程。图片来源Small., 2019,15,e1804436

在姜格宁教授课题组的工作中,我们可以清楚地看到基础科学研究是如何与临床需求相结合,解决临床面临的问题,提供崭新的思路和材料方法,共同促进医学进步与社会获益。