世界上首次根据糖链变化诊断肝纤维化

世界上首次根据糖链变化诊断肝纤维化

2017/09/30

世界上第一个根据糖链变化诊断肝纤维化 双向合作研究实现快速实际应用

通过血液检查进行诊断大大减轻了患者的身体和经济负担。

 

由病毒性肝炎和其他原因引起的肝病是一种危险的疾病，可能发展为肝硬化和肝癌。急性肝炎有症状，也有诊断药物，但一旦症状消退并转为慢性，肝纤维化就会逐渐进展。慢性肝炎引起的纤维化进展会导致肝癌，但迄今为止还没有诊断剂可以确定该疾病的严重程度。此外，到目前为止，最常见的测试方法是对体力要求较高的测试，包括将针插入体内以从肝脏收集活组织，以及使用昂贵的诊断成像设备的测试方法。
AIST 和 Sysmex Corporation 开发了世界上第一个使用糖链标记物的肝纤维化测试技术，只需进行血液测试即可在短短 17 分钟内进行高精度测定。我们问他这个产品的研发进展如何，以及商业化的路径。

成为第一个从事世界上其他人未曾从事过的下一代研究的人

成松聚糖是与所有细胞表面存在的蛋白质和脂质结合的各种类型的糖链。此外，糖链与溶解在血清和其他体液（唾液、淋巴液、胃肠分泌物等）中的大多数蛋白质结合。此外，细胞膜上的糖链深深参与细胞之间的结合。这种细胞间的结合与免疫功能和癌细胞的转移能力密切相关。另一方面，糖链也充当各种病毒的受体，例如流感病毒。我常说糖链就像细胞和蛋白质的衣服。细胞从出生到死亡不断分化和成熟。由于这些细胞的变化，细胞表面的糖链结构也会发生变化，就像换衣服一样。

　即使细胞类型或成熟度发生变化，蛋白质的结构也不会改变。另一方面，糖链结构很好地反映了这些细胞的变化，因此通过观察糖链结构，我们可以确定细胞类型和分化状态。因此，我们相信通过分析糖链并阐明其功能，我们可以创造突破性的疾病诊断技术。

库诺先生成松于 2001 年加入 AIST，即 AIST 成立前不久。此后，他作为糖医学工程研究中心主任（当时）领导了 AIST 的聚糖研究。该中心的主要成果之一是肝纤维化检测技术。

成松在讨论研究和开发的历史之前，让我回顾一下生命科学的近代史。 20 世纪 80 年代末，一项解码 DNA 的国际项目启动。我参与了一些，但由于国际合作，大约10年的时间破译完成，2000年左右大家都在寻找下一个想法。蛋白质被认为是有前途的候选者。利用当时发展起来的蛋白质分析技术，蛋白质的新功能陆续被发现。

　在这种情况下，我认为我应该致力于蛋白质生成之外的下一代研究。正是在这里，他很快开始研究糖链，并向经济产业省提议日本采取全球倡议。这个想法被接受了，2001 年我被任命领导 AIST 的 NEDO 聚糖项目，在那里我首先从事聚糖分析技术的开发。

库诺在此之前，生物成分中所含微量蛋白质的糖链结构分析在世界范围内尚未受到影响。这是因为糖链比DNA或蛋白质复杂得多，种类繁多，而且结构不断变化。

　2003年，担任糖工程研究中心聚糖结构分析小组组长的平林先生发起了分析技术开发，并设计了使用一种称为凝集素的蛋白质作为工具，这种蛋白质可以识别并结合糖链的某些形状部分，我也参与了这个开发项目。首先，我们研究了哪些类型的凝集素与哪些糖链结构具有高亲和力，并根据积累的信息，我们于2005年推出了一种称为凝集素阵列的革命性系统，该系统从与约40种具有不同特异性的凝集素的反应中提取糖链结构的特征。

成松我们是最早开始聚糖研究的国家之一，当时其他国家尚未探索这一领域，通过开发此类基础技术，AIST 在项目启动后的几年内就成为世界一流的先进聚糖研究中心。

我们希望通过新的诊断方法减轻300万慢性肝炎患者的负担

成松我毕业于医学院，非常渴望为医学领域做出贡献。下一步是利用糖链进行研究和开发，使其在实际医疗中有用，并于2006年在NEDO项目下与多家公司合作开始开发诊断试剂。

　我们的目标是肝病，这种疾病在日本有大量患者，大约有 300 万人，并且通过血液测试很容易识别其分子。当感染肝炎病毒时，肝细胞从急性肝炎进展为慢性肝炎，逐渐纤维化，进而进展为肝硬化和肝癌。在此之前，常见肝脏疾病的检测极其困难。在称为活检的测试中，将针直接插入受影响的区域以收集细胞，然后病理学家诊断纤维化的程度。由于肝脏容易出血，患者需要住院数日，给患者带来的不仅是身体上的负担，更是经济上的沉重负担。我们认为，如果能够通过血液检查进行诊断，就可以大大减轻这种负担。

高滨我们是一家综合制造商，始终致力于血液、尿液等样本检测所需的设备、试剂和软件的研发、制造、销售、服务和支持。自成立以来，我们一直以血细胞计数检测为支柱发展业务。1987年，我们开发了利用乳胶颗粒凝集反应的蛋白质检测系统（免疫凝集分析仪 PAMIA-10）。该系统当时受到了广泛关注，因为它可以在短短15分钟内产生测量结果。此外，我们率先将AFP和CEA等肿瘤标志物作为诊断剂推向市场，从20世纪90年代开始，我们专注于开发乙型肝炎和丙型肝炎等肝炎病毒以及艾滋病病毒等传染病的诊断剂。 2007年，该系统采用最新的高灵敏度化学发光法（HISCL）开发成全自动免疫分析装置。^®-2000i继续我的研究，重点关注肝脏疾病，我了解了 NEDO 项目，经过公开征集申请，我于 2009 年 9 月开始参与“利用聚糖标记物开发肝纤维化检测”项目。

18小时变成17分钟！除了高精度之外还追求速度

库诺当时，已经发现了一种可以准确测量肝纤维化进展程度的标记物，但使用凝集素阵列进行分析需要 18 小时，因此加快测量速度对于将新技术推向市场至关重要。我们相信希森美康公司的技术对于实现这一目标是必要的。

　Sysmex的参与在利用聚糖标记加速肝纤维化检测方面取得了巨大进展，但NEDO项目将于2011年结束于商业化的入口阶段。事实上，我们此时只完成了一半，完成试剂还需要更长的开发时间。

成松认识到我们不能就此止步，我们开始与全国各地大学和研究机构的肝脏专家临床医生进行联合研究，并获得厚生劳动省的大量补贴。在AIST，采集样本极其困难，但得益于厚生劳动省研究补助金组织的研究团队，我们能够从全国各大医院采集患者样本。此外，通过与希森美康的联合研究，我们将继续开发自动测量肝纤维化标志物的技术。

鹤野目前我在Sysmex负责产品开发，但当时我在日本留学并在公司外进行研究。当我的留学期即将结束，我想继续我的研究时，我接到了高滨先生的电话，问：“你想把两天的分析时间缩短到17分钟吗？”我很惊讶，觉得这看起来很有趣，决定回去工作。

高滨当时试剂的储存稳定性较差，3天内无法使用。我想把它做成一个可以稳定使用一年的规格。因此，我们认为我们需要鹤野先生的知识、经验和技能，他在这一领域拥有丰富的经验。

鹤野由于很难将测量时间突然减少到10分钟以上，所以我设定了一个目标，将测量时间从18小时缩短到1小时。糖链与凝集素的结合较弱，反应不快。因此，当使用通用自动分析仪进行测量时，糖链和凝集素之间的结合无法维持，因此我们利用我们的技术来提高灵敏度和稳定性，例如对凝集素进行处理以提高其反应性以及在试剂中添加稳定剂和敏化剂成分。在此之前，我还没有处理凝集素的经验，但在库野先生教我技术方面的同时，我将它们与我们公司的专业知识相结合，继续进行开发，目标是无论由谁测量，在哪里测量，都能获得相同的结果。

高滨三个月后，我们创建了一种试剂，可以使用三种类型的标记物进行测量并组合用于诊断。然而，这非常耗时，使试剂成本增加三倍，并且需要预处理。我们寻求一种使用一种标记物进行检测的方法，并继续开发标记物和试剂的组合。幸运的是，第一个试剂问世后，研发进展加快，2012年，17分钟就实现了高灵敏度诊断。这就是2013年发布的“HISCL^®M2BPGi^®试剂”。

最大的挑战是收集临床样本

成松正如我之前提到的，开发过程中最困难的部分是从受影响区域收集患者的血液和细胞（临床样本）。没有临床样本，医学研究和开发就不可能进行。为了证明聚糖标记物具有高灵敏度和准确性，有必要将使用聚糖标记物的诊断试剂的测量结果与可靠的病理学家使用大量样本做出的诊断结果进行比较。但长期保存样本的医疗机构屈指可数，所以我们依靠所有的联系方式，请求他们的配合。得益于厚生劳动省科学研究补助金资助的研究小组的成立，我们最终从15家医疗机构收集了6000份样本。

库诺医疗机构不想向外界提供有价值的临床样本。然而，对于AIST的聚糖标记物来说，非常少量的样本就足够了，所以我认为他们很容易提供它。我之所以能够做到这一点，是因为我有如此高的敏感度。为了将产品商业化，我们将首先利用高灵敏度分析技术开发标记物，获得医疗机构的信任，然后加快临床使用的进程。我认为这个命令有效。

　此外，我们从开发之初就能够与临床医生交换意见，这对于早期商业化也有帮助。我们的研究最初的目标是诊断肝纤维化，但现在，为了满足临床医生的需求，我们正在研究下一个目标：肝癌预测。

成松长崎医疗中心保存了 30 多年来从数百名肝炎患者收集的血清样本。这是一个非常有价值的样本。新开发的“HISCL^®M2BPGi^®已发现该试剂的测量值可用于确定肝纤维化程度和肝硬化的严重程度，并可以相当高的准确度预测癌变的时间。换句话说，现在可以根据血清测量来确定慢性肝炎的严重程度。如果可以确定严重程度，就可以确定是否需要检查或药物治疗，并且可以避免不必要的检查或药物治疗。这也将减少医疗费用。

此外，昂贵的图像分析设备已被用于诊断肝纤维化，但私人医生很难安装此类设备。有了这项技术，你所要做的就是抽血并将其送到检测机构，所以我相信它将在肝炎这一全民疾病的预防、早期发现和治疗方面广泛有效。

“桥接”技术意味着共同建造一座桥梁

鹤野众多医疗机构和临床医生的合作对于诊断剂的快速发展至关重要。 15家医疗机构的合作不是一家公司能够获得的，所以我们非常感谢AIST的到来。我们能够获得足够数量的临床性能评估案例，是开发和监管备案顺利进行的一个因素。

高滨当时，我们公司正试图与全球主要公司进行平等竞争。想要加快检测速度的 AIST 和想要开发新的、有价值的肝病标志物的我们公司有着相同的目标，可以相辅相成，创造真正的双赢关系。

库诺AIST通常被称为“技术的桥梁”，但在进行联合研究后我发现，AIST并不是单方面充当桥梁，一半的工作也是由企业完成的。通过与他们一起进行研发，我学到了很多关于如何完善技术以供实际使用的知识。这段经验对于后来的技术发展非常有用。

拓展亚洲市场并开发新生物标记物

高滨``HISCL^®M2BPGi^®试剂”于2013年获得药品批准，并于2015年加入保险。目前我们的产品主要在日本销售，但我们的全自动免疫分析设备“HISCL^®系列”正在推向市场。我国是肝炎患者较多的国家，所以从现在开始，“HISCL^®M2BPGi^®试剂”获得批准，预计它将不仅为医疗领域做出贡献，而且还将作为一项主要业务得到发展。我们的第一步是在亚洲扩展该系统，然后我们希望将这个测试系统扩展到欧洲和美国。

库诺我在2015年利用AIST的技术转让风险投资支持系统成立了一家风险投资公司（Glyco Biomarkerleading Innovation（GL-i）有限公司）。自2001年起，成松博士为AIST配备了设备和人员，创建了一个由100多名研究人员同时开发多种生物标志物的系统，肝纤维化标志物也由此得到完善。在AIST，正在使用相同的开发平台开发10多种其他生物标记物，我想将这些标记物和平台回馈给许多公司，并看到它们投入实际使用。目前，我们正在与 GL-i Co, Ltd 合作，在技术与公司之间架起桥梁。

鹤野我是 M2BPGi^®培养的测量、分析和诊断技术开发第二和第三生物标志物。目前，最有希望的标记物是胆道癌的标记物。在许多情况下，胆道癌是在进展后才被发现的，但早期发现的可能性正在出现。

成松胆道癌标志物的开发也得益于临床机构的支持，为我们提供了储存了几十年的血清等样本。研究人员与医疗机构单独谈判需要花费很大的精力，因此我希望政府尽快建立一个公共机构来收集和管理大规模样本。这对于未来疾病诊断的发展有很大帮助。

高滨最后，我向 AIST 提出请求。尽管日本拥有较高的技术能力和丰富的科学论文，但它经常因为其知识产权受到应用其成果的西方公司的压制而遭受损失。从现在开始，重要的是我们如何有效地在日本各地架起知识产权桥梁。如果您不仅能够确定技术权利的范围，而且能够战略性地推进从该技术权利到商业化的分案专利，并积极致力于建立阻止知识产权向海外泄漏的体系。

成松即使在知识产权方面，每个领域都有特殊情况，因此 AIST 今后也需要详细应对。无论如何，我们希望通过有效地将我们的研究成果转移给企业并共同努力推进其实际应用，继续为社会做出贡献。如果您对生物标志物领域的合作研究感兴趣，我们期待您的来信。