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第三届钟南山青年科技创新奖获奖者风采 | 王超龙:用科研将“小我”融入“大我”

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 作者 | 《中华儿女》记者 余玮

编辑 | 华南

健康是人类的共同追求。一人健康是立身之本,人民健康是立国之基。习近平总书记指出:“现代化最重要的指标还是人民健康,这是人民幸福生活的基础。”作为卫生统计学专家的华中科技大学公共卫生学院副院长、教授、博士生导师,第三届钟南山青年科技创新奖获得者王超龙胸怀梦想,以服务国家为最高追求,主动担当作为,将个人“小我”融入国家“大我”,将个人志向对准国家“航向”,甘坐冷板凳,自发奋进,面向世界科技前沿,做健康中国践行者。

走近王超龙,才知道他曾在海外求学工作长达10年,拥有丰富的多学科学术背景。后来,他放弃海外优厚条件,回国致力于精准医学研究,提升我国在该领域的国际话语权。他融合统计遗传学与生物信息学前沿技术,在揭示亚洲人群遗传多样性、阐明疾病病因与遗传机制、优化疾病风险评估模型等方向取得了系列创新成果。锚定2035年建成健康中国的目标,实施健康优先发展战略,持续提升人民健康水平,为中国式现代化筑牢健康根基。王超龙始终在路上。  

机会总是给有准备的人 

王超龙说,从小父母对他要求比较宽松,以鼓励为主。“父亲从福建农村老家到当地县政府工作,后来又被派驻到广东深圳工作。我也一路跟着父母从村里进城,再到大城市,一路玩也一路拓展眼界,接触过各种各样的人。但成长过程中不管遇到什么挫折,父亲总跟我说‘没关系’,不用有太大压力。话虽然这样讲,但该努力还得努力,特别是起点低一些,更加应该多努力,只要尽力了就行。”

小时候,王超龙喜欢看书,书里面各行各业的名师大家都是自己的榜样。到了中学之后,王超龙数理化生等学科的成绩很好,兴趣也最浓,逐渐立志要当一名科学家。

高三上学期,王超龙以理论成绩第一名、总分第三名的成绩入选广东省物理奥赛队,参加全国决赛。尽管在全国决赛中发挥失常,但几经波折还是获得了北京大学物理学院的保送资格。

北大的物理学院与数学学院、化学学院和生命科学学院一起被称为四大“疯人院”,“主要是因为相关专业的同学们太优秀了。我大学时候是一个非常普通的学生。尽管我已经非常努力,但在年级大概200名学生中也只排在六七十名。在校过得非常充实,因为有很多一起努力的同学,北大周围的很多饭店晚上也为学生们免费开放到次日凌晨两点,让大家在教室和宿舍熄灯后可以继续学习,那种氛围至今难忘。”王超龙回忆说,除了专业课学习,北大还有很多多学院,可以旁听各种各样感兴趣的课程,这也为他后来从物理专业转行到其他专业打下了基础。

2005年,大二上学期,王超龙被学校派往香港科技大学交换学习(简称“香港科大”)。“香港科大当时还非常年轻,是非常国际化的大学,授课的都是当时从国外一流大学挖过来的教授。我在香港科技大学物理系时候遇到了Szeto Kowk Yip(司徒国业)教授,跟他做科研项目。”王超龙说,司徒老师毕业于麻省理工学院物理系,但和很多学物理的人一样,有一颗“好奇贪玩”的心,所以科研并不局限于物理,有很广泛的涉猎,而且研究不计较成果,纯兴趣驱动。

在一个学期的交换生课程结束后,王超龙回到北大继续完成学业,但司徒国业希望王超龙能继续到香港科大跟他做科研,就聘请王超龙每年寒假暑假去香港科大给他当科研助理,“还每个月给我发8500港币的工资,假期赚的工资就够我在一年学费加生活费了。我也是在这种情况下从物理学跨到了生物信息学”。

在完成专业学习之余,王超龙积极参与公益活动。通过这些活动,他看到疾病给个人及家庭带来的痛苦,意识到生物医学发展的重大需求。王超龙说,虽然从物理学到生物信息学看上去跨度很大,但做的研究本质并没有想象中的那么大差异。王超龙在受访时坦陈,司徒国业对自己的影响很大,不仅教会他科研思维,还教会他如何在科研中享受人生。但在王超龙本科毕业前夕,准备申请硕士研究生的时候,司徒国业却不希望王超龙跟他读研究生。他跟王超龙说,如果将来要做得更深入,就需要到顶尖学校去接受严格训练。他给王超龙写了一封热情的推荐信,帮王超龙申请国外的学校。这些指导和帮助让王超龙很感动,也受益匪浅。

从燕园到安娜堡  

在北大做本科科研的时候,王超龙跟随数学学院邓明华教授组学习对DNA序列的统计建模,期间还有幸得到了钱敏平教授的点拨,告诉自己如何做好统计工作。钱敏平专于数学随机过程理论的研究,并应用于生物和智能计算的研究。她与其兄钱敏共同提出马氏过程的环流理论及熵产生的概率定义,合著有《可逆马氏过程》。

“钱老师是邓老师的导师,当时她60多岁,已经退休了,但还坚持每个星期参加课题组的讨论班,指导我们做科研工作,治学非常严谨。前不久,邓老师还跟我说,如今钱老师已经80多岁了,依然坚持每周线上参加讨论班。有这样的老师作为榜样,我们年轻人还有什么理由不努力?” 

大四的时候,王超龙跟北大物理学院李方廷教授做本科毕业论文。“李老师和邓老师也都是北大理论生物中心的老师,从不同学科角度研究生物学问题。我当时课题做的是酵母细胞周期的基因调控网络模型,用常微分方程组进行数学建模。相同的模型,被我在2020年的时候应用到新冠肺炎疫情防控当中。”王超龙回忆到,自从去美国读硕士研究生,他就转到了群体遗传学研究,已经十几年没碰过常微分方程,却在疫情中再此见到那些熟悉的公式,相应的思维模式在大脑深处被迅速激活,使得他可以在当时高度紧张的情况下能够顶住压力,带领团队对疫情进行统计建模分析,并在传统模型的基础上结合新冠特点提出了新的动力学模型,用来及时评估疫情防控效果和揭示病毒传播特征,为我国乃至全球制定疫情防控政策提供了重要科学依据,为未来应对新发突发传染病提供了有效方法和工具。

在武汉,王超龙面向国家重大需求,积极投身科研抗疫。鉴于新冠病毒感染的潜伏期和传染性特点,率先揭示新冠病毒具有高传染性和高隐蔽性两大特征,并在第一时间将上述发现提交给国家卫健委,建议重视无症状感染者和潜伏期传染性问题,为疫情防控提供关键科技支撑。让王超龙骄傲的是,他的模型研究成果最终也作为封面论文发表在国际顶级的Nature杂志。他时常跟学生们分享这个故事,告诉学生做任何事情上任何课程,都应该认真对待,学到的知识会存储在大脑里,也许在未来的某一天就会派上大用场。 

2008年,王超龙本科毕业后,到位于安娜堡的美国密歇根大学生物信息学系攻读博士学位。经过第一年在两个实验室进行轮转之后,他最终决定跟随Noah Rosenberg教授研究群体遗传学,“一个很重要的原因是群体遗传学是建立在数学模型基础上的,很多现象有优美的数学解释”。王超龙说,Noah当时很年轻,但在外声誉非常好,因为Noah要求很严格,做学问很严谨,能把一个小问题做到极致,每篇论文都堪称珍品,即便是发表在影响因子很低的杂志上,是一个纯粹的科学家。

“我在跟随Noah期间获得了良好的科研训练。同时,我在课程学习上也非常努力,前三年就基本上完成了生物信息学的博士论文工作,同时还顺带拿下了统计学硕士学位,获得了美国著名的HHMI国际奖学金(每年全美所有理工医的国际学生中不到50人获奖)。在博士第三年结束的时候,Noah突然决定前往斯坦福大学任教,我因为已经快要完成博士论文,就被留在密歇根大学。”这也让王超龙有机会跟随另外一位杰出的统计遗传学教授Goncalo Abecasis一起学习、工作了一年,发表了两篇Nature Genetics论文。

本来博士导师换学校,对学生来说是一件很糟糕的事情,王超龙也曾经一度很沮丧,感觉被抛弃了,但回过头来看,恰恰是这一改变给自己带来新的机会。王超龙说,Goncalo带领自己进入另外一个学科领域,并在自己往后的职业生涯中给予了相当重要的指导和支持。

2012年,王超龙仅用四年时间就获得了博士学位,以及两个硕士学位,作为博士后加入哈佛大学公共卫生学院,师从美国两院院士、著名生物统计学家林希虹教授,进一步强化在统计遗传学方向的科研训练,开展博士后研究。博士后期间,因为林希虹是传统的统计学家,而王超龙的前期训练主要在群体遗传学,学科领域有差异,需要补很多课,因此反而没有像博士期间那么高产。但王超龙说,这种能力提升带来的学术获益是长久的,并不是当时两三篇论文所能体现的。

致力于疾病精准防控 

年轻时,王超龙有一颗周游世界的心,希望有朝一日到全世界各地体验一下。“我在密歇根读书时遇到了我太太,她也是中国人,但从小到新加坡读书,与新加坡政府签订了奖学金的工作服务合同,需要在完成学业后回到新加坡工作。刚好新加坡也是人群遗传和文化多样性比较丰富的国家,人类群体遗传学恰恰就是我的专业领域,所以我直接到了新加坡基因组研究所。”

王超龙在国外学习和工作了10年,期间不断积累工作经验,同时心系祖国发展,最终决定放弃国外优厚条件举家回国,为祖国的健康事业建设添砖加瓦。“一方面新加坡在科学研究上追求短期能带来的经济影响,受到国家政策影响很大,这样的方向与我想象的纯粹科学研究不太一样;另一方面,我国在2016年启动了国家精准医学研究计划,对人群队列建设和基因组学研究进行了大力投入,而这恰恰是我的专业所长,所学有了用武之地,就开始计划回国。当然,我回国工作也是父母亲非常期盼的,他们总鼓励我有合适的机会就要回国做贡献。这是一个符合天时、地利、人和的决定。”

2018年,王超龙入选国家海外高层次青年人才。这年8月,学成归来的王超龙加入华中科技大学公共卫生学院,致力教书育人,并组织团队围绕重大疾病的人群精准防控进行科研攻关。“我的研究领域是统计遗传学与基因组学,前景非常好。我2008年开始读博士的时候,这个专业还是一个担心找不到工作的专业,主要是在大学里有,工业界里面很少。最近十几年基因组学检测技术、人群大队列建设、计算机的算力与存储能力等都有了大幅度的进步与提升,学科发展非常好,在精准医学和药物研发等领域都有重要的应用前景。”他感到很荣幸,自己的研究方向是当前国际研究前沿热点,也是国家发展精准医学迫切所需,符合国家卫生健康事业发展的战略需求。

随着生命科学和信息学技术的发展,海量的健康医疗数据和基因组学数据为破译复杂疾病遗传机制和实现精准防控带来了重大机遇,同时也放大了遗传与环境因素的人群异质性和复杂交互作用带来的挑战。在人群异质性普遍存在的情况下,目前以欧美人群为主体的疾病研究成果是否适用于中国人群?如何结合多元人群的基因组学数据阐明疾病遗传机制和优化风险评估模型?面向人民生命健康,王超龙基于其多学科背景,以“群体遗传→病因探索→风险评估”为主线,理论方法与应用分析相结合,取得了系列创新成果。

长期以来,人类基因组学研究以欧美人群为主,亚洲人群参考数据匮乏,严重制约了精准医学研究在亚洲地区的发展。针对这一关键问题,王超龙以中国人、马来人和印度人作为东亚、东南亚和南亚的代表人群,通过全基因组测序研究深度解析了亚洲人群的遗传多样性,揭示了三大亚洲人群的祖源成分特征和精细遗传结构,并结合人类演化模型重构了南亚、东亚和东南亚祖先人群的迁徙、分离、扩张、融合等演化历史,发现多个在演化历史中受到强烈自然选择的基因座,显著富集了与人类复杂性状和疾病相关的遗传位点。上述成果不仅从遗传学角度深化了对亚洲人群演化历史的认识,还为我国乃至亚洲的精准医学研究提供了重要的参考数据。

大样本数据是遗传关联研究中获得可靠统计证据的根本,也是揭示复杂疾病遗传机制的关键。但如果对样本中的群体结构等混杂因素处理不当,则会导致大量虚假关联结果。面对海量基因组学数据的分析挑战,王超龙结合群体遗传学原理和高维统计技术,提出了LASER和SEEKIN算法等一系列创新算法,实现了仅需少量测序数据便可准确估计样本遗传结构、基因分型和遗传风险等重要参数,还进一步建立了高效的遗传关联分析方法,为发现复杂疾病易感基因提供了重要的理论工具。采用这些方法,他有效结合中国人群和欧美人群数据,发现了老年黄斑病变、白内障、新冠重症、肾结石等复杂疾病的关键致病基因。

聚焦于心血管代谢性疾病,王超龙采用孟德尔随机化方法,在欧洲人群和东亚人群中系统性地分析和比较了37种临床指标与冠心病的因果效应,明确血压、血脂、血糖等10个常见代谢指标在欧亚人群中具有高度一致的因果效应,并首次发现3个红细胞相关指标及血清尿酸对冠心病具有独立于常见代谢指标的因果效应,且血清尿酸的效应呈现显著的东亚人群特异性。鉴于糖脂代谢性状之间的高度相关性,王超龙进一步基于多元孟德尔随机化方法构建了高密度脂蛋白、低密度脂蛋白、甘油三酯、空腹胰岛素与糖化血红蛋白之间的因果网络,指出在糖尿病前期控制血脂有助于降低胰岛素水平和逆转胰岛素抵抗,进而降低糖尿病发生风险,而高血糖对心血管的损伤效应可能在糖尿病前期就已经发生。相关研究为冠心病和糖尿病及其并发症的预防干预提供了重要线索。

近年来,王超龙主持国家自然科学基金和科技部重点研发项目课题等多个国家级项目。他长期围绕重大疾病的精准防控,采用多学科交叉研究范式,取得丰硕成果,为推进中国人群的精准医学研究奠定了重要基础,并在国际一流学术期刊发表论文70余篇。鉴于其学术水平,王超龙于2023年获得国家杰出青年基金,是我国卫生统计学专业首位杰青。他实践育人,成效显著,连续获评全国大学生统计建模大赛优秀指导教师。

“天道酬勤,厚积薄发。”这是王超龙的座右铭,他踏实努力地做好每一件事情,追求真理、敢为人先、致力于推动中国科技事业跨越式发展,为加快建设科技强国作出自己的贡献。

[ 本文刊于《中华儿女》杂志2024年第11期 ]