干细胞处于所有癌症的中心吗?

——内源性网络理论视角

  • 校友会志愿者 刘晋国(人文学院)
  • 日期:2021-09-09
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         2021年7月8日下午,第十四期“李政道讲座”荣幸邀请到上海大学敖平教授给国科大学子介绍其近年来在生物医药领域内取得的成果。敖平教授之前专攻物理,取得傲人的成绩后转入生物医药领域,对癌症的解决等问题贡献自己的力量。讲座开始之前,清华大学教授、“李政道讲座”秘书处秘书长崔伟教授主持并介绍了敖平教授近年来取得的巨大成就。

敖平教授

        讲座伊始,敖平老师提出问题,癌症能不能从一个定量的角度来理解?敖老师回顾了自己的研究,从十多年前被认为是“异端”派,到现在是少数派,以后或许可以成为主流派。并介绍了癌症科学家们的期望,并有一部分科学家提出超越“基因变异是癌症的导引”的主流理论,其中代表性的是Weinberg。之后老师讲述了“物理学训练”在现代分子生物学的作用,讲述了薛定谔及其《生命是什么》这本书,以及伽莫夫提出“基因密码”等工作,为这一工作做出了顶级的贡献,他们是这种应用的催化者。但直接参与者却是双螺旋结构发现者以及现代分子生物学的创始人等人。

        敖平老师回顾了癌症研究中的重要里程碑事件,着重强调了其中的“环境因素影响的提出”这一标志性事件,就是提出了所谓的“土壤与种子假说”,主要指的是在癌症发生的起始阶段,也具有很大的不同性,这种不同的情况会有不同的癌症类型。接着敖老师又强调了第二个是癌症基因的作用,接着第三个是癌症干细胞建立,敖平老师还回顾了干细胞提出后所进行的工作。敖教授回顾了自己对癌症的工作,之前,从“突变理论”开始入手,后来发现存在定性的不符合,认定这个理论是不完备的,所以敖老师团队想要找到一个更符合的理论。后来老师与众多学者一起研究、探讨,最后发现“内源性网络理论”,该理论有三个基本认识,第一个是“内源性网络理论”是由生物演化过程塑造,而癌症总是可能的;第二个是动力学过程是非线性和随机的,“能量函数”总是存在,而且癌症是一个稳态,第三个是我们已经有了大量的数据,癌症研究已经处在定量研究的阶段,老师形容说是“盛宴”已在眼前。接着老师介绍了几个结论,第一个结论是即使没有基因变异,也有可能得癌症。第二个结论是我们可以拿低等生物做实验,实验对象并不仅仅只限于人,即我们可以从别的生物那里获对得癌症的认识。老师回顾了这个结论提出的过程,当时反对声高涨,但老师坚持该结论,才使得这个结论保留下来。第三个结论主要是根据“能量函数”的多稳态性质,假定癌症就是一个局域的稳态,当然我们的健康状态也是个稳态,所以患上癌症后也不容易治愈。对于在这个问题,同学们也较为感兴趣,跟着敖老师的思路认真听讲。

        老师介绍说癌症可以逆转,我们需要做的就是找到癌症逆转所需要的条件。并回顾了自己文章在发表时遇到的困难,几乎所有的审稿人都认为他的理论是一种胡说八道,但是最终还是发表了。回顾历史去看,重大理论的提出都会获得来自多方面的阻力,内源性网络理论的提出以及获得的阻力符合重大理论提出的规律,所以这是一件辩证的事情。并讲述了逐步接受网络理论的过程,之后是“能量函数”从怀疑到被承认的过程。还有一些生物学概念的提出过程并被接受的程序,回顾了神经网络对“能量函数”的运用。之后老师介绍了网络相关的数据,路径与构建网络,老师说主要是模块与通路之间的连接,搞明白基因之间的相互作用,最后完成网络构建。其实网络的构建是经过检验和对实验的理解与认识来完成的。构建网络之后,就是定量分析,把这个网络转变成数学方程,第一类是先转化成几个布尔代数,第二类就是转换成几个超微分方程,第三类是变成一组随机微分方程,这三类就是老师团队目前所完成的。之后老师展示了一组随机微分方程的转换及公式,并讲解了降解时间,之后在微分方程中,老师讲述了自己做的归一化假设。

        老师介绍说这样做就是把很复杂的生物过程转换成为一组较为简单的微分方程,从认识复杂的生物过程变成了一组解方程的问题,这种工作是十分有意义的。之后,介绍了网络中的主要的点,并介绍了网络中的稳态,通过稳态,可以找到多个状态之间的稳态并能明白他们之间的转换,并可以通过实验明白他们是如何转换的。老师通过一些指标并对指标数值的大小讲述了基因的活跃程度,通过活跃程度的观察我们可以看到他们之间的状态。之后老师介绍了“内源性网络理论”与应用的步骤,老师根据对多个癌症事例的检验,提出了一个应用的步骤。

        接着老师介绍了根据多组观察总结出的功能性景观及内稳态、过渡态和临界态三种状态。老师最后根据学生的提问介绍了假说的真值性,老师回答了四个标准,其中一个就是对文献的理解是不是正确,老师介绍了他们会根据生物学家的建议和承认,并做了双重的检验。老师回答了虽然这个网络理论并不完备,但是综合而言,这是一个很有保证的理论。接下来,老师讲述了“内源性网络理论”的应用,第一个应用就是“内源性网络理论”已经用于预测(癌)基因变异的两种情况,第二介绍了“内源性网络理论”已经用于计算人类细胞图谱,主要是根据对不同细胞状态的计算与分类实现这个功能。之后介绍了Lander这位做基因的科学家,并介绍了十年前Lander先生并不同意敖老师的这个方法,但是十年后,Lander先生主动提出了这一提案。可见经过时间的检验,此理论的重要性是有目共睹的。

        之后老师介绍了实验的验证,介绍了无意的、(近)完美的实验验证。最后介绍了敖平老师他们团队接下来的主要目标,经过十五年的努力,预期未来五年对接临床,第一个是找到新药或者老药新用法,第二个是找到治疗的新方案,第三个是找到诊断或预后工具,老师承诺要完成其中的至少一个目标,老师坚信背离基因变异的路径,虽然困难,但是一定可行。下一部分老师介绍了模拟基因开关,介绍了病毒感染大肠杆菌,感染过程中会有很多抉择过程,是杀死还是共生,这是第一个开关;第二个开关是外界环境的干扰。老师他们主要做的努力在第一个开关处。接着老师介绍了研究基因开关的重要性,介绍了国际上一些重要的研究成果都获得诺贝尔奖,老师还通过ppt演示了基因开关的控制过程。最后的时间老师通过一个例子介绍了自己对于基因开关的研究过程。

        讲座的最后,老师回答了前来听讲座的国科大学子的提问并在课下与同学们进行了讨论。