醫學科研創新的「六脈神劍」

2014-6-26 12:11   郭磊

愛因斯坦說，提出問題往往比解決問題更重要!

   在醫學科研中，解決問題的能力僅是邏輯或實驗上的技能高低。而提出有價值的新問題，卻需具備創建性的想象力，標誌科研的真正進步。醫學科研問題的選擇體現了研究者的科學思維、研究能力及其預期目的。提出優秀的醫學科研問題是臨床醫生開展科研工作的第一步，也是最重要的一步。
對於醫學科研問題的選擇，要把握創新性、科學性、可行性和實用性等四大原則，其中最關鍵和最困難的是如何提出創新性高的科研問題。如果我們對各類醫學科研的選題方法進行了深入的分析，我們就會發現，完成創新性高的醫學科研選題其實並不困難和神秘。醫學科研中的創新課題，其實是遵循一定規律的。綜合起來，醫學科研的創新方法，可歸納為六大基本方法：即： 換物法、換人法、篩除法、加合法、錯位法和反位法。我將之稱為醫學科研創新的「六脈神劍」。
一、換物法：在已有醫學科研發現的基礎上，採用換用不同分子、細胞、組織或不同動物模型，或者換用不同技術方法和工具的創新方法。某最新醫學科研進展是基於上皮組織的，我們則可提出科研問題;將上皮組織替換成神經組織，看看能不能獲得類似的效果? 例如，Hanna等的研究發現，採用基因敲入技術對人類鐮狀血紅蛋白基因進行糾正後，將體外培養的自體iPS細胞誘導為造血幹細胞，移植后可治療鐮刀狀細胞性貧血。此發現於2007年發表在Science雜誌上后，就有很多類似的「換物法」研究，包括Tsang博士等就提出能否將類似的技術應用到視網膜細胞上。 年齡相關性黃斑變性病人因視網膜中的細胞退化而導致中央視力喪失。他的研究發現，通過上述類似方法製成的特殊多能性幹細胞，可幫助小鼠模型獲得新的視覺神經元，並恢復視力。結果於2012年發表在 Molecular Medicine 上。這就是典型的利用「換物法」進行醫學科研創新的例子。
二、換人法：在已有醫學科研發現的基礎上，通過對研究成果最終應用對象--人種的替換，以期在新人種中獲得新發現，應用新成果的創新方法。我們常常可將研究對象從白種人（Caucasian）換到黃種人（Mengolian）或漢族（Hans)的替換，進行分子流行病調查、遺傳表型和性狀相互關係等方面的研究。如，每個人身上都有HLA（人類白細胞組織相容性抗原）等位基因，除同卵雙生子外，兩個個體間HLA全相合的概率極低，而且終身不變，可以作為遺傳性標記。美國率先開展對人類HLA等位基因的系統檢測研究工作，獲得了大量的原創發現。但他們的研究對象主要限於白種人和黑種人。國內一研究組就利用「換人法」，針對黃種人開展此項研究，新發現了12例新HLA等位基因。骨髓造血幹細胞移植可以挽救白血病病人的生命，而準確的HLA配型是造血幹細胞移植的關鍵。國際基因庫黃種人資料相對匱乏，因此此項研究使得黃種人的基因配型研究又向前邁進了一步。這是典型的利用「換人法」進行醫學科研創新的例子。
三、篩除法：從大規模的分子集合如基因組中，利用分子間的特異反應，設計實驗篩選出目標分子、細胞或個體的創新方法。這種方法又稱大規模篩選法，分子間的特異反應包括但不限於利用分子親和原理在小分子化合物庫的蛋白質靶向腫瘤新葯篩選；利用DNA晶元、全基因組測序或外顯子組測序進行疾病發病基因的篩選；利用酵母雙雜交技術、噬菌體展示技術進行疾病相關蛋白質互作分子的篩選等。例如，最近Nature報道的一項研究，對食管鱗癌患者樣本進行了全基因組測序、全外顯子組測序和比較基因組雜交晶元分析，篩選和發現8個與食管鱗癌發生相關的重要基因突變，其中一個是首次發現的腫瘤相關基因；通過這種大規模的篩查方法，該研究同時發現重要組蛋白調節基因MLL2、 ASH1L等基因在食管鱗癌中呈現頻繁的非沉默突變。這是一個很好的利用「篩除法」獲得原創發現的例子。 世界上許多重要的醫學科研發現，都是採用這一創新思維方法獲得的。20世紀最重要的醫學發現-青霉素的發現，本質上也是「篩除法」的發現。只不過弗萊明的篩除是在無意間進行的。

四、 加合法：把兩個或兩個以上的表面上無直接聯繫的新技術方法或新科學發現聯合起來，加合到某個疾病的研究中，以完成醫學科研創新的方法。例如，近期Cancer cell雜誌上的一項研究，將蛋白質晶體結構解析，多肽抑制等不同層面的新技術進行加合，應用於胃癌中新的抑癌基因YAP通路研究，取得了重要的科學發現。Hippo信號通路是最近新的熱點癌變通路。原癌蛋白質YAP是此信號通路最下游的效應分子。大量臨床分析發現，YAP在多種惡性腫瘤中的表達量上調明顯，可誘導癌細胞生長。研究人員在蛋白質晶體三維結構解析的基礎上，「瞄準」YAP設計了一個多肽類抑製劑，模擬天然拮抗劑蛋白VGLL4的功能，進行治療性干預。在此研究中，研究者還整合利用了多個動物模型，用以驗證這一多肽類抑製劑在動物整體水平抑制腫瘤生長的有效性。

五、錯位法：將針對一種疾病的科學發現或治療方法等「錯位」到另一疾病上來，也會有讓人有「目眩」的創新感。比如近期發表在Nature的一項研究，就提出了二甲雙胍抑制癌變的分子機制研究。一些回顧性研究表明，廣泛應用的糖尿病雙胍類藥物可以使某些癌症患者受益。儘管存在這一有趣的關聯，人們一直以來卻並不清楚二甲雙胍是如何發揮它的抗癌效應的。雙胍類抗癌的分子機制到底是怎樣的呢？通過這種「錯位」的創新思維，Whitehead研究所的一個課題組，發現了一條使得癌細胞能夠在低葡萄糖環境中存活的重要線粒體信號通路，而且驗證了雙胍類藥物可通過影響線粒體對癌細胞發揮直接的細胞毒性效應。

六、反位法：構思和提出與傳統觀點或科學常識相反的科學假設，並設計實驗加以驗證和論述的科學創新方法。例如，通常認為維生素E和其他抗氧化劑可以防止體內某些活性化合物破壞DNA。由於DNA損傷與癌症有關，因此減少DNA損傷可能會阻止或延緩疾病的發生。最近一項研究卻「反其道而行」，提出了一般人飲食中已有過量VE，沒有必要再額外補充VE，而過量服用VE反而增加癌症發病的科學假設。研究中研究人員向小鼠餵食過量維生素E。與沒有接受治療的小鼠相比，服用抗氧化劑小鼠的腫瘤生長速度是前者的3倍。同時，後者死於癌症的速度也是沒有接受治療小鼠的2倍。研究人員還發現，在兩種小鼠模型和人類細胞中，抗氧化劑似乎能夠通過減少DNA損傷的數量從而保護癌細胞；相反，p53的表達則出現了減少--p53通常被認為能夠抑制腫瘤生長。這項研究發表后引起廣泛的報道和關注。

換物法、換人法、篩除法、加合法、錯位法和反位法，這就是醫學科研高效創新的「六脈神劍」。這六個招式又可分為「小創新」與「大創新」兩類。「小創新」難度小，包括換物法和換人法，屬於跟蹤性的科學研究。「大創新」難度大，包括篩除法、加合法、反位法和錯位法，特點是原創性強。一個好的醫學科研課題的設計並不僅僅使用其中的一兩個招式，而將多個招式加以綜合運用，這樣才能達到最佳的創新效果。醫學科研的範疇不外乎探討人類疾病的發生原因、機制、發展規律、影響因素、診斷、治療和預防。科研選題時，要盡量細化和聚焦自己的研究方向。只要我們把握好自己的科研方向，再運用創新的「六脈神劍」，實現醫學科研的創新性突破就是指日可待的事。

（本文根據郭磊教授在第六期醫學科研骨幹沙龍上的發言整理。 第六期醫學科研骨幹沙龍在杭州西子湖畔花家山莊舉行。）