第四届树兰医学青年奖获奖者:祁海教授
发布时间:2019年01月04日



[教育和科研经历]


       祁海(1973.02-),生于北京市。1996年毕业于北京医科大学,获医学学士,2003年从美国得克萨斯加尔韦斯顿医学院(UTMB)获病理学博士学位。从2003年至2009年在美国国立卫生研究院(NIH)著名免疫学家Ronald Germain实验室从事博士后研究。2009年回国,在清华大学医学院组建“动态免疫学实验室”,2015年晋升为终身教授。现为清华大学医学院副院长,清华大学免疫学研究所副所长,清华-北大生命联合中心PI。在体液免疫应答的调节机制的研究中,取得了一系列有国际影响力的原创性成果。以第一或通讯作者发表SCI论文25篇,包括2篇《科学》,4篇《自然》。


[主要学术贡献]


        祁海教授是我国细胞免疫学领域杰出的青年科学家之一。入选霍华德休斯医学研究所(HHMI)国际学者(2017年)、“长江学者”(2015年)、“中青年科技创新领军人才”(2014年)、“杰出青年”(2014年)、973项目首席科学家(2014年)。曾获吴阶平-保罗杨森医学药学奖(2016年),华人生物学家协会青年奖(2016年),和谈家桢生命科学奖创新奖(2015年)。过去十余年里,在B细胞生物学、滤泡辅助T细胞(Tfh cells)生物学和生发中心生物学领域取得了一系列原创成果,推动了抗体免疫相关的细胞生物学基础研究。主要学术成就和贡献如下:
       一、在Tfh细胞发育生物学方面,发现ICOSL和非抗原递呈B细胞调控Tfh细胞生成的新机制,推动Tfh生成机理和发育理论的更新与修正,建立了基础免疫学的一条新规律;
       二、在生发中心生物学方面,发现ICOSL-CD40L正反馈环路, GC Tfh细胞辅助GC B细胞高频突变及亲和力筛选的重要机制,为开发更有效的抗病毒中和抗体疫苗开辟了潜在的新方向;
       三、在双光子在体可视化及动态免疫学研究方面,与清华大学刘磊教授合作,开创双光子解锁在体光控趋化因子技术,为趋化因子研究提供新方法;
       四、鉴定出神经轴突导向分子Ephrin B1以接触依赖的排斥方式调控Tfh细胞在生发中心的定位并控制细胞因子合成,揭示局域微环境调控T细胞亚群运动与功能的新规律;
       五、首次描绘生发中心记忆B细胞产生的全景图,发现了记忆前体细胞,并鉴定了第一个促进记忆B细胞生成的细胞因子——来自Tfh细胞的白介素-9,为未来设计免疫治疗方法与疫苗佐剂提供了新思路。


[心路历程]


       抗体介导的体液免疫应答是机体通过获得性免疫系统实现的重要防御机制。长效高亲合力抗体及体液免疫记忆在次级淋巴器官中的一个主要由活化B细胞组成的特殊区域,生发中心(germinal center, GC)产生。生发中心反应是B细胞向记忆性细胞和骨髓中长期存活的浆细胞分化的重要选择阶段,是抗病毒中和抗体疫苗开发和抗体介导自身免疫病治疗的基础研究之关键所在。
       生发中心内部除了主体的B细胞外还有多种其他细胞参与。2000年发现一群滤泡性辅助T细胞(follicular helper T cells, Tfh cells),具有独特的生发中心组织定位,以及分子表达,对GC反应起到了至关重要的作用。20世纪初,由于技术手段及基础知识累积的限制,整个生发中心反应对于科学家们还是犹如一个黑匣子,里面的反应过程具体如何进行不得而知。
        2003年博士毕业后,我进入在体动态免疫成像研究先驱、美国NIH免疫学家Ronald N. Germain实验室从事博士后研究。针对B细胞的活化过程,利用双光子显微镜在体观察技术,我们在体证明了树突状细胞对B淋巴细胞的抗原呈递和激活作用(2006《科学》,第一作者)。该工作提示膜展示抗原对B细胞在体活化的重要性,与之后发表的一系列相关工作(如:Nature 450:110, 2007; Nature Immunology 8:992, 2007; Immunity 27:160, 2007)一起,使DC或巨噬细胞亚群通过抗原展示活化B细胞这一过程,成为指导当今抗感染中和抗体疫苗研发的重要概念之一。在随后的工作中,我们继续关注淋巴结中,参与T、B淋巴细胞活化的,发现人类体液免疫缺陷疾病相关分子SAP通过调控T-B细胞相互作用而发挥免疫调节功能(2008《自然》,共第一作者)。这一研究首次发现T细胞与不同抗原递呈细胞之间的黏附可以通过不同机制进行调控,用最直观的手段首次证明细胞间互作时相性的重要,这一Tfh与生发中心B细胞以SAP依赖的形式相互依存的现象,是Tfh细胞发育生物学一个重要的理论支点。
       这些研究为我回国后开展的工作奠定了基础。2009年,我在清华大学建立动态免疫学实验室,围绕生发中心反应,研究关键性细胞互作的分子调控机理;这些细胞互作的定性及定量特点如何参与细胞命运选择;生发中心及滤泡组织结构的时空动态演化特点及分子调控机制;以及组织与调节机制如何保持免疫系统在产生有效应答的同时避免自身反应。经过数年探索,我们已在B细胞生物学、滤泡辅助T细胞生物学和生发中心生物学领域取得了一系列原创成果。
       众多在Tfh和GC B细胞上高表达的分子,如何参与调控T-B细胞相互作用,其内在的机制和意义是什么?2013年我的团队在《自然》杂志发表论文,阐述了抗原非特异B细胞表达的ICOS分子在Tfh细胞生成过程中的新功能。该成果推动了Tfh细胞生成机理和发育理论的更新与修正,建立了基础免疫学的一条新规律。得到《自然综述-免疫》“Research Highlights”的评述,及Faculty of 1000 Biology上,同行学者评价该文章“观察到ICOSL和非抗原递呈B细胞在获得性免疫应答中的重要作用”。随后,我们发现ICOS-ICOSL参与Tfh辅助GC B高频突变及亲和力筛选,证明ICOSL-CD40L介导的GC B与Tfh间的正反馈循环,是GC亲合力成熟的关键,首次揭示ICOSL分子是调控GC亲合力成熟的关键分子。其重大意义在于,一直认为几乎不可能人为操控疫苗抗体亲合力特性,而以ICOSL为突破口,为开发更有效的抗病毒中和抗体疫苗开辟了潜在方向。该成果于2015年发表在《Nature》。基于这些成果,我应邀为《Immunology & Cell biology》、《Current Opinion in Immunology》和《Nature Review Immunology》撰写综述(Immunol. Cell Biol., 2014; Curr. Opin. Immunol., 2014;Nat Rev Immunol, 2016)。
       Tfh细胞只有定位到生发中心内才可能通过与生发中心B细胞互作来筛选、调控高亲合力浆细胞与记忆性B细胞的生成。我们的前期工作暗示胞间接触依赖的互作可能是定位生发中心的重要导向机制(Nature, 2008, 第一作者;J Immunol, 2014, 通讯作者)。我们最新成果发现生发中心B细胞高表达的神经发育轴突导向分子Ephrin B1和plexin B2参与了Tfh细胞的组织定位和功能行驶。plexinB2通过与Tfh细胞上特异表达的semaphorin 4C分子互作来招募Tfh细胞,首次直接证明T淋巴细胞招募到生发中心需要黏附依赖的定位机制。EphrinB1则通过Tfh细胞上的EPHB6受体传递抑制黏附的排斥信号,从而维持生发中心内恰当的Tfh细胞密度,第一次证明调控淋巴细胞间互作的排斥性机制。这两项成果揭示了一个局域微环境通过膜表面配受体信号调控T细胞运动与功能的全新规律,分别发表于《科学》和《细胞通讯》杂志(Science, 2017;Cell reports, 2017,通讯作者)。
       GC B细胞经生发中心反应后会产出记忆性B细胞和分泌抗体的浆细胞,是何机制使得GC B细胞离开生发中心进入外周是我一直关注的问题之一,我们开发了报告细胞周期的荧光报告小鼠Fucci,利用离巢细胞由于退出细胞周期而累积更多荧光素为表型,首次鉴定出了记忆B细胞在生发中心的前体细胞GCMP,并证明了Tfh细胞通过白介素-9调控这些细胞形成以及促进记忆B细胞分化的新机制。这一工作第一次描绘出了一个“生发中心”产生记忆B细胞的全景图,发现了关键的记忆前体细胞,而且鉴定出了第一个促进记忆B细胞的细胞因子——来自T细胞的白介素-9。这一工作可能为未来免疫治疗与疫苗设计提供了新思路。该成果发表在《自然免疫学》(Nat. Immunol.,2017,通讯作者)。
       在我十余年的科研历程中,双光子显微成像技术的应用和发展一直起到关键性的作用,每篇代表性文章的发表都伴随着技术上的不断创新与进步。在2006年Science上发表的关于树突状细胞与B细胞互作的论文中,首次通过钙敏感的荧光染料在活动物体内成功观测淋巴细胞抗原特异性钙流信号;2008年在Nature揭示SAP分子调控T-B细胞相互作用的研究中,开发了依据双光子成像数据建立淋巴组织空间结构模型的方法;在2013年Nature发表的关于ICOS分子调控滤泡辅助T细胞持续随机运动能力的论文中,我们通过高倍放大、高频图像获取,首次在活体动物内描述了过去只在体外培养条件下才观测得到的T细胞伪足生长的动态过程,又为研究淋巴细胞迁移提供了新的观测方式与参数;2015年我们在Nature报道生发中心里独特的T-B细胞互作形式——单次互作时间很短,但胞膜接触面积很大,并命名为“纠缠”(entanglement);2015年我们与清华大学刘磊教授实验室合作,率先开发了能用于在体人工定位淋巴细胞的双光子解锁光控趋化因子技术,在国际上首次报道了在小鼠皮下和淋巴结内通过双光子辐照募集 T 细胞的过程(Nat. Comm., 2015,共通讯作者);2016年,我们和清华大学物理系兰岳恒教授合作,针对已有的大量双光子活体成像影像数据数据进行数学分析和模拟,建立生发中心细胞运动分化随机模拟模型,提出“信号整合因子”假说,利用该模型,我们可以通过微调T细胞与B细胞相互作用信号,可以找到抗体亲和力和抗体分泌浆细胞数目的双最优节点,对临床抗体开发和抗体治疗具有理论指导意义。同时,我还应邀为《Annual Review of Cell and Developmental Biology》撰写动态免疫学综述(Annu. Rev. Cell. Dev. Biol., 2014, 第一及共同通讯作者)。
       在未来的工作中,我将依然重点关注体液免疫调节的基础研究。中和抗体疫苗是预防感染的最有效手段。搞清介导保护性抗体产生的体液免疫应答机制,才能研发更高效的疫苗。围绕这一主题,我将继续在Tfh细胞发育生物学、生发中心反应的调控机制、抗病毒保护性抗体的诱导机制和体液免疫的系统生物学与非免疫调节等方向开展工作,为推进健康事业发展尽力。


[代表性著作]




[获奖者风采]




[提名人]



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