第九届树兰医学青年奖获奖者:张岩教授
发布时间:2023年03月15日


[教育和科研经历]

        张 岩(1985.06.25— ), 结 构 药 理 学 专家。生于山东省济宁市。现任浙江大学基础医学院副院长、浙江大学创新药物研究中心副主任、浙江大学“蛋白质机器与细胞命运调控”创新团队带头人。2013 年毕业于中国科学院上海有机化学研究所有机化学专业;随后在密歇根大学和斯坦福大学进行博士后研究工作。2018 年初回国,先后当选教育部长江学者、浙江大学求是特聘教授、长聘正教授、浙江省特聘专家,获得国家优青、国家青千、国自然专项、科技部重点研发计划青年项目等资助,围绕 GPCR 信号转导调控机制与精准干预手段发现等做出了系列创新成果,为重大疾病的精准治疗和探寻创新靶点提供了理论依据。已发表通讯作者或第一作者(共同)论文近 40 篇,包括 Nature(8篇)、Science(2 篇)、Cell 等, 总 引 用 数超过 4000(Google Scholar)。

[主要学术贡献]

        张岩教授是国际知名结构药理学专家,围绕 GPCR 结构药理方法学、激活机制、选择性信号转导和创新干预手段发现等做出了系列创新成果,为重大疾病的精准治疗和探寻创新靶点提供了理论依据。目前兼任中国病理生理学会受体和信号转导专业委员会委员兼青年委员工作小组组长、中国神经科学学会离子通道与受体分会副秘书长、中国药理学会生化与分子药理学专业委员会委员、中国生物物理学会青年委员会委员、中国神经科学学会精神病学基础与临床分会青年委员。先后获得谈家桢生命科学创新奖、中国医学重大进展,浙江大学十大学术进展等荣誉。
        主要科研成就如下 :
        一、在药物靶标结构药理学信号转导复合物结构研究的方法学上做出了重大突破,世界首次实现了基于冷冻电镜的 GPCR 信号转导复合物高分辨率结构鉴定,开启了冷冻电镜解析 GPCR 结构的新时代;世界首次展现 GPCR 信号转导的动态结构机制。
        二、世界首次揭示 GPCR 异源二聚体形式信号转导的原子密码,并发现变构干预GPCR 功能的新机制。
        三、系统研究神经系统 GPCR 识别不同形式底物的分子机制、激活过程和调控干预手段,世界首次揭示磷脂调节神经递质受体功能的结构基础。

[心路历程]

         我是张岩,非常荣幸获得第九届树兰医学奖,感谢评审委员会和树森兰娟院士人才基金对我工作的肯定! G 蛋白偶联受体(GPCR)是人体内最大的膜受体蛋白家族,其在细胞信号传导中发挥重要功能,同时也与人类疾病密切相关,是近 40% 上市药物的作用靶点。我带领团队围绕 GPCR 结构研究方法学、激活机制、选择性信号转导和精准干预等做出了系列创新成果,为重大疾病的精准治疗和探寻创新靶点提供了理论依据。
        GPCR 的结构药理学能够为计算机辅助的药物理性设计提供高分辨率的三维结构信息,加速了药物研发的进度,越来越受到药物研发实验室和企业的重视。以往 GPCR 结构研究的主要方法 X 射线晶体衍射技术具有多种不足:GPCR 构象动态性等原因导致目前绝大部分晶体结构都是来自热力学稳定的突变体;突变体筛选与融合蛋白插入的方法使研究过程的时间和经济成本巨大;局限于跨膜区域,无法给出全长野生型蛋白的结构信息;同时绝大多数的结构处于非激活状态;获得 GPCR 与下游信号转导效应蛋白(G 蛋白、阻遏蛋白等)复合物的晶体结构极其困难。这严重限制了 GPCR 结构和功能研究及靶向药物发现,因此,探索发展更快捷、更高效的结构解析手段,系统性地研究 GPCR信号转导复合物的空间结构,能够极大地帮助我们理解生物活性分子激活 GPCR 的分子机制以及 GPCR 如何选择性地识别效应蛋白发挥特定的生理病理功能,为靶向 GPCR 的药物设计提供重要的三维结构信息。
        历 经 数 年 攻 关, 我 率 先 利 用 冷 冻 电镜 鉴 定 了 两 例 多 肽 配 体 -GPCR 复 合 物 的 近 原 子 分 辨 率 结 构, 并 以 第 一 作 者 在国 际 顶 级 期 刊 Nature 同 一 期 发 表 两 篇研 究 长 文(Nature546,248-253 (2017);Nature546,118-123(2017))。 该 成 果 在 众 多方面做出了重大方法突破:○ 1 研究对象无需热力学稳定突变;筛选多种去垢剂组合模拟磷脂双分子环境用于稳定蛋白质复合物。○ 2 优化去垢剂种类和含量维持复合物在冷冻样品制备过程中的稳定性,防止其解离或变性。○ 3 优化传统单颗粒冷冻电子显微技术数据收集过程,突破样品大小限制。这两个成果是首次利用单颗粒冷冻电镜解析的 GPCR 结构、首个分泌素家族 GPCR的全长结构、首个分泌素家族 GPCR-G 蛋白复合物结构、以及第二个与完整异源三聚体 G 蛋白复合的 GPCR 结构。该成果受到国内外同行的广泛好评。同期 Nature 专家点评:结构生物学家和晶体学专家 Joerg Standfuss 教授高度评价,他认为解析的电镜结构相比于晶体学得到的结构更加贴近天然生理状态,为发展特定药物小分子提供了关键信息;冷冻电镜先驱 Robert Glaeser 教授评价该工作是结构生物学领域“里程碑式”的成果。诺华制药公司 CADD 全球总裁 Jose Duca 博士认为冷冻电镜结构在寻找化学药物中具有开创性的意义。借助于精巧数据处理手段,我首次展示多肽类 GPCR 处于不同状态的结构,为 GPCR 静态结构增加了动态维度,成果以最后通讯作者发表在 Science364,148-153(2019),为多肽受体的动态信号转导机制提供了参考,助推结构导向的多肽类干预手段设计。这个成果也实现了我国在 GPCR 信号转导复合物结构药理学领域“零的突破”。印度科学院院士 Arun Shukla 教授在 F1000 上用“新发现,技术突破,新靶点”高度评价该成果。
        抗精神病药物一般通过同时调控不同单胺类神经递质受体发挥作用。明确神经递质调控相应受体的分子结构和功能机制,可为抑郁症和精神分裂症等精神类疾病的治疗带来新希望。我和我的合作团队国际首次揭示磷脂分子 PI4P 能够结合在 5-HT1A 受体和效应 G 蛋白的相互作用界面;胆固醇分子参与调节第三代抗精神病药物阿立哌唑与受体的结合,提升了该药物的靶向特异性并减少副作用,成果以共同通讯作者发 表 于 Nature592,469-473(2021)。 同 时, 还阐 明 了 帕 金 森 病 治 疗 药 物 bromocriptine 激活下多巴胺受体 D2R 的分子机制,帕金森病治疗药物 apomorphine 作为多巴胺受体泛激动剂的结构基础;结合功能实验结论,揭示了多巴胺受体配体结合口袋的拓扑结构特性、受体激活机制、激动剂选择性识别并激活受体的分子机制、D1R 的 G 蛋白偏好性激活决定因素等,成果以共同通讯作 者 发 表 在 Cell 184,931-942.e18(2021)( 封面 论 文 ),Mol Cell 81,1147-1159.e4(2021)和 Cell Research10.1038/s41422-021-00482-0(2021)。以上研究成果首次揭示了特定类型磷脂参与调控神经递质受体的功能和信号转导的分子机制,为以单胺类神经递质受体为药物靶点的激动剂药物的设计和开发,以及G 蛋白信号偏好性靶向药物设计开辟新的方向。
        胆 汁 酸 膜 受 体 GPBAR 与 糖 尿 病、 肥胖、胆管癌和肝病等密切相关。我们团队解析 GPBAR 采取了与经典受体截然不同的激活机制与分子开关,阐明了此前尚未了解的GPCR-G 蛋白的偶联新机制;首次发现特定胆汁酸在 GPBAR 上同时有两个作用口袋,为理解胆汁酸多样性信号转导和生理功能提供新思路,为干预手段设计提供新位点,成果以最后通讯作者发表在 Nature 587,499-504(2020)。黏附类受体在高度广泛表达,参与细胞粘附和通讯,其突变与多种重大疾病密切相关。我和合作团队突破性地确立GPR97 是糖皮质激素的高亲和力膜受体,发现在 Gαo 的 C351 位点存在棕榈酰化修饰,这是目前首次在 GPCR-G 复合物结构中发现此修饰,并且对 GPR97 的下游信号转导起到促进作用,颠覆了目前的认知,是对 Gi/o 信号通路精细调控的重要补充,成果以共同通讯作者发表于 Nature 589,620-626 (2021),并获著名结构药理学家、美国艺术与科学院院士 Bryan Roth 教授在 F1000 推荐评论。我国著名药学家蒋华良院士在《中国科学 : 生命科学》( 英文版 ) 发文给予了高度评价:高分辨冷冻电镜结构为蛋白修饰领域的研究提供了新的技术和新策略。
        长期以来,以二聚体形式发挥功能的 C类 GPCR 偶联 G 蛋白的分子机制一直未能揭示,严重阻碍了人们对 C 类 GPCR 信号转导机制的理解。γ- 氨基丁酸 (GABA) 是哺乳动物中枢神经系统中重要的抑制性神经递质。代谢型 GABAB 受体属于 C 类 GPCR,其天然突变或者功能失稳参与多种神经精神疾病,其变构调节剂的研发一直广受关注。由于缺乏受体结构药理学研究提供的受体与变构活性分子相互作用模式,导致正向变构药物研发一直没有突破性的进展。我率领团队成员经过科研攻关,在国际上首次揭示了GPCR 异源二聚体不对称信号转导的分子基础,发现了异源二聚体激活过程中跨膜区构象重排产生位于跨膜区界面的变构调节口袋的分子机制。我们发现的变构调节机制完全有别于前期预测,为 GPCR 信号转导的人为调控提供了崭新思路;同时首次发现 GB1 亚基单独具有信号转导能力,解释了 GB1 亚基不同脑区中独立于 GB2 亚基存在的生理意义。成果以最后通讯作者和共同通讯作者分别发表在 Cell Research30,564-573(2020)(封面 文 章 ) 和 Nature594,594–598 (2021) 。GABAB 受体成果入选 Cell Research 30 周年特辑即“30 周年 Top15 篇论文”,同期配发著名结构生物学家徐华强研究员评论,认为该工作极大地拓展了人们对 C 类 GPCR 结构功能关系的理解,推动相关干预手段发展。
        让我格外欣喜的是,我的学术成果不仅具有创新性与先进性,还具有显著的社会经济效益,对我国医学事业和医学学科发展有一定的推动作用。如今,基于结构的药物发现已成为源头新药创新最有效的方式,也是跨国药企和生物科技公司最常用的手段。我们团队与若干药企合作,利用先进 GPCR 结构药理学技术手段,合作开发靶向 GPCR 的创新药物,获得浙江大学基础医学创新研究院资助开发靶向 C 类 GPCR 的变构调节剂。我们将继续在重要药物靶标结构药理学研究的基础上,致力于发现具有自主知识产权的创新分子。
        生物医学科研领域是个无极限、无顶峰的世界,需要我们不断去探索,去潜心研究。锲而舍之,朽木不折;锲而不舍,金石可镂。基础医学研究是医学进步的原动力和基石,是持续推动医学科技创新的决定性要素之一。基础医学研究需要着眼于临床的需求,从临床问题出发,以临床问题为导向,明确靶点与疾病的发生发展关系,验证和探索药物的作用机制,提高创新药物的研发效率和成功率,最终以期解决实际临床问题。
              
[代表性著作]




[获奖者风采]



[提名人]



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