每周四，来自不同学科的顶尖专家汇聚在北京协和医院疑难病会诊中心——他们会共同为疑难病和罕见病患者和家庭提供诊治方案。疑难、罕见病是诊疗挑战较大的疾病领域，也是全球共同的重大公共卫生问题。在这一背景下，医学科研尤为重要。参与会议的除了全国323家罕见病诊疗协作网医院的医生们，还有从事基础研究的科学家。可以说，这既是一场针对患者的大型专家会诊，也是一场针对基础与临床交叉的多学科联合课堂。

“多种感染性疑难病或罕见病由于缺乏近似模拟人体组织生理环境和病理特征的体内外模型，难以进行疾病发生、发展的机制研究，制约了创新药物的研发。”会诊中代表基础研究的专家之一冷泠说。针对上述医学科研中的痛点难点和人民健康的需求，她的团队长期聚焦于细胞外基质微环境对细胞功能的调控研究，并基于细胞和基质的相互作用，进行复杂类器官的构建及其在疑难性疾病中致病机制和药靶研发的研究，为疾病的发生和诊治提供科学支撑。

冷泠（左一）参加北京协和医院罕见病多学科会诊并在会上发言

技术手段与机制研究并同发展

2019年2月，我国罕见病领域发生了一件大事：国家卫健委印发了《关于建立全国罕见病诊疗协作网的通知》，遴选了罕见病诊疗能力较强、诊疗病例较多的324家医院组建了全国罕见病诊疗协作网，对罕见病患者进行相对集中诊疗和双向转诊。北京协和医院则是全国罕见病诊疗协作网的国家级牵头医院。全国的罕见病诊疗协作网刚刚组建，正是急缺各个学科高质量人才的时刻。冷泠也正是在这时加入北京协和医院，作为引进人才获聘中国医学科学院协和医学院研究员、准聘教授，人才项目负责人，以及北京协和医院的教授和干细胞质控室负责人，并加入北京协和医院罕见病研究的大团队中。

“多种疑难病是由于组织细胞外基质（Extracellular Matrix, ECM）的改变而导致发病的。ECM成分、结构、硬度和丰度的失调会导致多种病理状况，甚至诱发致死性疾病。然而，迄今为止，ECM作为重要的组织微环境如何调控细胞的功能研究尚处于空白。”冷泠说。在早期的研究中，冷泠等人首次应用基质组学技术鉴定可用于皮肤罕见病T细胞淋巴瘤（MF型）早期诊断的ECM生物标志物，以减少此类罕见病的临床误诊率来提高患者的生存率。然而，ECM研究与普通胞内蛋白研究手段非常不同，为了研究ECM对细胞的调控作用在疾病中的致伤机理和修复潜能，冷泠及其科研团队利用很长一段时间突破了ECM蛋白难获取、样本前难处理和缺乏有效定义的数据库等多方面技术问题，创建了基于激光显微切割结合组织工程技术的空间基质组学技术。

2022年7月，冷泠团队在《自然·通讯》（Nature Communications）杂志上前后分别发表了基于空间基质组学技术揭示表皮干细胞龛的基底膜ECM蛋白对细胞功能的调控机理的研究性论著。上述研究突破了ECM在组织稳态和疾病状态下基于空间信息和组织内部异质性的研究瓶颈，并获一项专利授权。其中，空间基质组学技术揭示表皮干细胞龛ECM蛋白TGFBI调控干细胞功能的研究成果被作为F1000Prime（一个根据生物学和医学领域全球领导者意见评级和评价的科研论文推荐服务系统）亮点文章推荐和好评，学界专家认为“此研究阐明了基底膜ECM作为干细胞龛的重要性，其所形成的数据集对于理解皮肤中ECM分布和功能具有很高的价值。”

值得一提的是，冷泠团队利用ECM促进干细胞功能这一特性，创建了一种具有表皮、真皮和皮下组织完整细胞极性的皮肤类器官，和富含毛囊和皮脂腺等附属器及不同神经细胞类型的神经系统。相比2D细胞体系，类器官能够模拟真实器官的3D结构、细胞类型组成和功能的特定方面，展现了形态发生中组织内不同细胞类型的分类和系统结构的更高层次重组，能够体现疾病过程中组织器官在不同细胞类型间物理和化学的相互作用，可以更好地用于模拟器官组织的发育过程及生理病理状态的近似体内真实特征。冷泠团队还意外发现类器官移植能够促进硬皮病（一种皮肤罕见病）毛囊、汗腺和血管的再生，同时，类器官治疗可以显著降低皮肤纤维化的真皮厚度和组织内的炎症程度。上述两项研究连续两期受邀期刊封面发表在《先进科学》（Advanced Science）上。“类器官治疗罕见病的这项研究展现了类器官作为潜在的新型干细胞疗法，在为罕见病患者提供诊治方案方面存在的巨大潜力和价值，这对罕见病无药可医的困境提供了新的方向，是未来罕见病患者的福音！”冷泠说道。

“罕见病患者之所以看病难，一是因为单个疾病患病人数少，过少的需求导致这一领域的专业医生和可用药品少；二是因为患病样本数太少，医学界缺乏足够的样本量进行深入研究。但由于80%以上的罕见病由遗传因素导致，所以我们只需要取病人的一点血，利用体细胞重编程技术，就可以获得病人的诱导多能干细胞，利用其诱导分化出多个可以代表患者的皮肤、心、肝、脾、肺等器官的多种类器官模型，从而替代患者进行疾病的发病机制、早期诊断和药物筛选的精准性和系统性研究，以推动罕见病基础到临床的转化研究，以及创新药物的研发。”冷泠进一步解释道。

类器官模型助力病毒感染机制和药物靶点研究项目

新冠全球大流行的艰难时刻，冷泠团队响应国家、组织的号召和布局，率先加入了针对新型冠状病毒发病机制和药靶筛选的一系列紧急的国家、院校等重大项目攻关。“那个时候恰逢年三十，但与时间赛跑，与病魔交战，与国外团队竞速，我们丝毫不敢懈怠，可谓争分夺秒。”功夫不负有心人，冷泠团队与协和医院临床团队合作，基于前期建立的空间基质组学技术，首次揭示新冠病毒驱动的炎症导致心脏功能障碍的致病机理，研究成果发表在《细胞通讯》（Cell Reports）杂志上；与军事医学研究院李松院士/钟武研究员团队合作，全球首个发表基于COVID-19临床肺组织、肝组织和血液的蛋白质组学和治疗靶点研究，率先揭示了SARS-CoV-2感染导致肺部病理损伤及经典和非经典NF-κB通路炎症因子风暴的分子机制；与西南医院卞修武院士团队合作，首次揭示了以单核细胞为主的炎细胞浸润、小胶质细胞活化和炎性因子释放导致缺血缺氧急性脑损伤病变，是单核细胞脑炎发生的重要机制。上述研究的4篇研究型论著均写在了祖国大地上。成果发表在2020、2021和2023年的《信号转导与靶向治疗》（Signal Transduction and Targeted Therapy）杂志上，并成为2020年的封面亮点文章和2022年的首都前沿学术成果，单篇文章2年内被引用130余次。

“在此之前，我主要是做一些基质生物学在类器官和组织工程的研究，从未想到把这些前期工作应用到病原感染的研究中来。”冷泠回忆，“当人体被病原感染后，受感染者的某些器官组织会受到损伤，一般来说从病理上仅能看到损伤的结果，但并不清楚病原感染时间上和空间上的损伤过程，就无法准确得知病原感染机制和宿主治疗靶点。动物模型或2D培养单一细胞体系难以模拟病原感染组织的真实世界，制约了新药研发的创新性。我们不可能对人进行感染病原的实验，那么类器官就派上用场了。”类器官能够近似模拟器官组织的发育过程及生理病理状态的近似体内真实特征。在基于类器官的功能表征、致病机制解析和药靶研发的过程中，时空组学与干细胞前沿技术的有机结合占据了相当重要的地位。“通过前期针对罕见病致病机制的研究经历，我们发现，我们的研究手段在病毒嗜性和感染机制研究方面具有得天独厚的优势。”冷泠团队利用前期创建的皮肤类器官模型，首次为新冠病毒感染和脱发后遗症之间的关联提供了证据，相关研究结果以期刊封面形式已经发表在《先进科学》，并成为当年下载量最高的文章之一。

以科技创新照亮罕见病患者生的希望

实验室里的光，不仅汇聚成了科研人员事业中的荣誉，也照亮了患者新生的方向。

如今，冷泠研究团队长期以来已经形成临床—科研一体化研究平台与体系。从2019年到2023年，他们一直致力于利用干细胞与再生医学结合多组学大数据进行感染性疑难病和罕见病的基础和转化医学研究，进行多种类器官模型及相关数据库的研发，尤其注重外胚层来源组织器官的疑难病与罕见病致病机制的相关问题。后续，在医院疑难、罕见病大团队的平台下，冷泠将继续带领团队利用类器官模型进行感染性和与罕见性疾病相关的药物筛选方面的工作，同时也会着手推进相关干细胞药物的临床转化工作。

“无药可用，是横亘在全球罕见病患者面前的一大难题，而这个问题在我国尤其突出。”冷泠说。长期以来，中国的罕见病患者用药长期依赖进口，但进口药数量稀少、价格昂贵、引进难度大，只有极少部分罕见病患者有药可用。她说：“我们接下来的重点工作就是与更多单位合作，利用我们的类器官模型进行更多的先导药物的研发和测试。只要我们早一步出成果，就有可能产出更多针对罕见病的特效药，就会有更多的人获救。”

冷泠

（图片及供稿单位：科学中国人）