“疯狂”的想法→开辟新领域！这个南大团队获国家自然科学奖

南京大学

6月24日，2023年度国家科学技术奖揭晓。南京大学张辰宇团队的“细胞外小RNA原创发现、功能与应用”科研项目荣获国家自然科学二等奖。张辰宇团队提出了“细胞外小RNA 是新型信号分子”学说，建立了以细胞外小RNA图谱为基础的疾病诊断新范式，突破了对RNA特性与功能的传统认知，从无到有建立了细胞外RNA的全新领域，并成为该新领域蓬勃发展的根基，同时引领众多全球学者进入本领域探索研究，带动了新学科方向持续深入的发展与进步。

“这是一项已经探索16年的工作，感谢这期间国家自然科学基金委员会、南京大学以及我的师友给予的各种雪中送炭的支持，也感谢我的团队和合作者。”谈起获奖感受，南京大学生命科学学院院长、教授张辰宇表示。16年来，张辰宇一直致力于细胞外microRNA（简称miRNA）的研究，细胞外miRNA这一曾被认为“疯狂”的设想，破解了生命科学领域的一个又一个前沿难题，正在悄悄地引发一场生物学革命。

大胆设想，开启细胞外RNA研究时代

什么是细胞外miRNA？“人们所熟知的RNA是生物体内最重要的物质基础之一，种类繁多、功能多样。”张辰宇说，RNA研究历史可以分为三个阶段，第一阶段是RNA被证明是传递遗传信息的信使，完成遗传信息转录和翻译的过程。1957年科学家提出的中心法则也是现代分子生物学的基石，这一阶段已经显示了RNA在生命过程中不可或缺的作用；第二阶段是RNA被发现具有和蛋白质一样的特定生物学功能。1993年有科学家发现了短链非编码RNA，miRNA开始被人们关注。“在这两个阶段，大家的研究都还是聚焦于细胞内的RNA，因为传统生物化学概念认为RNA分子只能存在于细胞内。由于细胞外到处存在RNA水解酶，RNA分子在细胞外极易被降解，形成无功能的碎片。”对于这一广泛被认可的结论，张辰宇却认为并不尽然，也正因为他的大胆设想，开启了细胞外RNA的研究时代。

“2006年时，也许是一次突发奇想，我就想证明，在细胞外环境，比如在血液或者其他体液中有没有完整的miRNA？”当张辰宇提出这个想法时，许多人都认为这个想法很疯狂，其中也包括他自己的学生。

miRNA是否能够在血清、血浆等体内的细胞外环境存在？张辰宇让当时还是在校生的陈熹（现已是南京大学生科院教授）做这个试验，可过了两周却发现他还没做。张辰宇也收到了实验室其他师弟师妹的“告状”，说陈熹“抱怨”说自己是经过严格的生物学和生物技术训练的南大毕业生，不会浪费时间来验证“老板”的错误想法。一开完会，张辰宇立马回到实验室堵住陈熹，让他立刻开始去做。“在实验做出第一个结果后，他连续三天三夜没睡，做了七八个实验，把miRNA在血清和血浆中存在的初步验证实验做完了。”对学生当时的高度兴奋，张辰宇印象深刻。

2008年，张辰宇团队在《Cell Research》发表关于miRNA可在人类和动物的血清和血浆中稳定存在的原创发现，这篇论文也是中国学者发表的被引用数量最多的论文之一。这一发现，开创了细胞外RNA研究的新领域，也成为所有血清miRNA生物标志物研究的基础。此后，越来越多的研究证明，miRNA在唾液、尿液、母乳等体液中以稳定、无细胞形式循环。

miRNA为什么可以在细胞外环境中稳定存在？团队深入研究发现，细胞能够选择性地包裹miRNA进入微囊泡并主动分泌，这一过程阐释了细胞外miRNA在信息交互中发挥的生理与疾病调节功能。“我们发现，微囊泡本身携带的不仅仅是miRNA，相应的蛋白机器也在里面。打一个比方，微囊泡作为导航系统和递送系统，既携带了miRNA作为‘子弹’，又携带了功能蛋白复合物作为‘枪’，因此能保证miRNA在靶细胞内释放，以极低浓度发挥应有的作用。”

从发现miRNA开始，张辰宇团队将这个领域从无到有建立了起来，如今已经发展成为一个广泛、前沿的生物学新领域。张辰宇团队的这一发现突破了经典生化概念，原创发现miRNA能够在细胞外稳定存在，建立了细胞外miRNA调控细胞间通信的新理论体系，开辟并引领新研究领域。

克服惯性思维，精准快速转化原创性成果

在创新的过程中，张辰宇坦言，自己遭遇了不少质疑，但也获得了多方支持，使得团队能始终坚持在这个方向上不断推进。“比如，国家自然科学基金委员会将生命科学领域目前唯一的一个‘非共识重大项目’资助予我，后来基金委的老师告诉我，他们也承受了很大压力。”张辰宇说，对于创新面临的质疑，他可以坦然接受，“大家都会有惯性思维，但支持原创的氛围很浓。”他甚至对过去的自己也有一些反思，“之前我总是沉浸在自己的世界里，跟大家交流少了，其实交流不足也会影响大家对一些问题的接受时间和接受程度，我也在尝试多交流，并尝试更加清晰地将原创性成果的意义和价值阐释清楚。”

张辰宇认为，在生命科学领域，真正的原创性的发现，肯定会非常快地转化为对临床、对健康有帮助的技术或产品。事实上，他的研究也正是如此。

“我们绘制了首个基于细胞外miRNA的人类疾病图谱，还建立了30余种人类疾病血清等体液miRNA动态数据集。在此基础上，我们建立了以细胞外miRNA图谱为基础的疾病诊断新范式，覆盖了多阶段临床诊疗需求。”张辰宇介绍，也就是说，通过检测特定的血清中miRNA谱就可以诊断疾病，或对诊疗效果进行评估。目前，细胞外miRNA作为疾病标志物，已写入7项国际指南与专家共识，被公认为液体活检的重要组成部分。在疾病诊断的应用上，团队首次建立了细胞外miRNA诊断领域产品质量分析性能评价体系，创制了国际上首个基于血清miRNA的胰腺癌诊断试剂盒，把胰腺癌的早期诊断准确率从现在的不足30％提高到超过85％。团队还在探索基于血清miRNA标志物的精神疾病检测诊断方法，包括精神分裂症、抑郁症等等。

不仅在疾病诊疗领域，由于现代生命科学的所有学科都是围绕生命进化与适应这个基本问题而产生的，细胞外RNA作为物种间共进化与适应的媒介的发现与功能研究，将突破众多生物学、医学等学科的传统概念，极大地拓展对生命现象本质、物种间相互作用和适应以及共进化的理解，并促进新型生物技术和药物的产生。

瞄准细胞外RNA未来更宏大的研究目标，张辰宇自豪地表示，自己的科研团队让剑桥工作的师兄都羡慕，并称为“天时地利人和”。他介绍说，在30余人的团队中，不仅有南大生科院、化学化工学院的师生，还有南京鼓楼医院、东部战区总医院的研究人员，覆盖了代谢、生化分子、免疫、药物递送、临床、化学等多个领域。“小核酸药物被视为化学小分子药物与抗体多肽类药物之后的第三波浪潮，我相信到时候一定会包含我们的技术。”对此，张辰宇信心满满，“希望随着年龄的增长，我能够保持科研的能力、思维和激情，取得更大的突破。”