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寻找乙肝病毒受体一场跑了五年的马拉松

发布时间:2021-01-11 16:43:39 阅读: 来源:攀登架厂家

寻找乙肝病毒受体:一场跑了五年的“马拉松”

寻找到乙肝病毒受体的科研团队成员合影,前排右一为李文辉,右三为严欢,后排左五为钟国才。北生所供图  名词解释   NTCP:乙型肝炎和丁型肝炎病毒的功能性受体“钠离子牛磺胆酸共转运多肽”(又称“肝脏胆酸转运蛋白”)的英文缩写。   HBV:乙型肝炎病毒。   HDV:丁型肝炎病毒,即乙肝卫星病毒。   受体:HBV及其卫星病毒HDV必须通过结合肝脏细胞表面受体分子,才能进入到宿主细胞内,实现对人体的感染。因此,找到HBV和HDV的受体,将帮助科学家深入了解乙肝的感染机制,建立更好的体外和动物研究模型,从而研发出有效的新药,制定有效的预防、治疗方法。   全球目前仍有超过3.5亿慢性乙肝患者,其中1500万人同时还感染了使病情更严重而且无药可治的乙肝卫星病毒HDV。中国是乙肝大国,约有1.2亿人携带乙肝病毒,慢性乙肝病人有3000万左右,每年约35万人死于慢性乙肝相关疾病。全球每年仍有近百万人死于乙肝和相关疾病,并伴随有相近数量的新报告病例。   一   同领域竞争对手说:“我曾以为我们能够第一个发表这项研究成果,但是事实上你们赢得了这场赛跑。我们对此并不嫉妒,而是衷心地祝贺——我们都将受益于此,尤其是那些患者。”   前不久,北京生命科学研究所(以下简称北生所)发表的一篇学术论文,在国际肝病学术界引发轰动。   “这篇文章有力地证明了NTCP是HBV和HDV的受体。”三位国际评审专家如此评论:“长期以来,人们一直在寻找HBV和HDV受体,NTCP的发现是该领域的一项巨大进步,对于病毒性肝炎的基础与临床研究都将产生深远的影响。”   法国国立输血研究所资深肝炎分子病毒学家卡米尔·苏锐博士评价说:“你们的研究成果是HBV研究领域里非常重要的突破,它解决了一个多年来困扰我们大家的难题。”   这篇题为《钠离子牛磺胆酸共转运多肽是乙型肝炎和丁型肝炎病毒功能性受体》的文章,在11月13日的《eLife》杂志上在线发表。这是一个被国际科学同仁看好的新杂志,由美国霍华德·休斯医学研究所、德国马普学会和英国WellcomeTrust基金会等国际著名研究机构创办。   HBV感染研究领域的国际专家、德国海德堡大学史蒂芬·伍本教授在第一时间给论文的通讯作者发来电子邮件:“这一突出成果对HBV研究领域的影响不可低估,它将改变HBV领域内现行的研究模式,将可能帮助乙肝治疗新药的发现而为乙肝病人造福。”   他真诚地说:“我曾以为我们能够第一个发表这项研究成果,但是事实上你们赢得了这场赛跑。我们对此并不嫉妒,而是衷心地祝贺——我们都将受益于此,尤其是那些患者。”   赢得这场赛跑的领队,是今年41岁的北生所研究员李文辉。他的研究团队平均年龄不到30岁;两位共同第一作者严欢和钟国才,分别只有26岁、29岁。   发现NTCP,这支20人的团队花了将近5年时间。   二   按照研究所的章程,只有5年时间,如果做不出来,实验室就得关门。所长问:“你一定要做这个最难的课题吗?”   北生所所长、美国科学院院士王晓东至今记得2007年10月底,李文辉刚到研究所时他俩的一段谈话——   “我可以做点容易的东西,这样的课题很多,也容易发表论文。但我想做HBV受体,这是这个研究领域最难也是最亟须解决的问题,但很可能做不出来。”   “我一贯支持大家研究最有难度、最有价值的科学问题,但也要考虑研究所的章程——5年必须通过国际同行评估。如果5年之内做不出来,你的实验室就得关闭。你一定要做这个最难的课题吗?”   “不管那么多了,我就做它了。”   李文辉之所以这样毫不犹豫,缘于他早年的一段实习经历。   1993年,他在兰州医学院预防医学系上大四,被分到附属医院的传染病科实习。那时传染病科主要的病人就是乙肝患者,李文辉每天上午跟老师查房,病人痛苦而无助的表情深深地刺激着他。更让他难受的是,因为倡导保护性医疗,老师告诫他们:即使知道肝炎会发展成肝硬化、肝癌,也不能把这个真相告诉患者!   一次,李文辉耐不住一位患者的恳求,把真相告诉了她。老师知道后,对他进行了严厉的批评。   从此,无论是在兰州生物制品研究所念硕士,还是在中国协和医科大学(中国医学科学院)读博士,李文辉念念不忘当年的情形。他想:中国的乙肝患者这么多,而又缺乏有效的药物,我们应当去面对它、解决它!   2001年,李文辉到美国哈佛医学院从事博士后研究,从事艾滋病病毒(HIV)研究。2003年初,当他从新闻中得知国内SARS病毒暴发的消息后,心里非常焦急。在实验室主任的支持和带领下,李文辉和在哈佛医学院工作的其他同事,包括妻子隋建华,很快投入到SARS病毒相关的研究中去。经过半年多夜以继日的奋战,他们关于SARS病毒受体的论文发表在《自然》杂志上,让同行刮目相看。   SARS病毒来去匆匆。随后几年,他继续从事HIV等病毒的研究。但在内心深处,他想的还是HBV。2007年秋,已可独立申请课题的李文辉跟爱人商量:“我要回国,研究HBV受体。”   “只要你自己考虑清楚了,我支持。”隋建华想都没想就同意了。因为,无论是她还是他,当初出国就是希望能开阔眼界、提高本领,然后回国做点有意义的事。何况她更知道:研究乙肝病毒是丈夫始终的心愿。   由于当时隋建华在哈佛医学院还有课题没有完成,李文辉就告别爱人和刚出生三个月的孩子,一个人回到北京,加盟刚创办两年的北生所,向心中的目标进发。   当然,他并不是不知道做HBV受体研究的挑战性。   早在上世纪60年代,国外的科学家就发现了HBV。40多年来,全球多个知名科研机构的顶尖科学家都在寻找HBV受体,各种学术期刊上也发表了多篇研究文章,对HBV受体提出过种种猜测。但随后的研究表明,迄今所发现的这些受体分子都不是HBV感染过程中起决定性作用的功能性受体分子。即使是相对容易的丙肝病毒(HCV)的受体,也是由国际上的几个顶尖实验室,花了十几年时间先后有一些突破的。   李文辉深知:他虽然做过HIV的相关研究,并曾成功找到SARS受体,但做HBV受体必须从零开始,而且难度极大、风险极高:很可能劳而无功,也有可能被国际同行抢在前头。   “只要这个课题有价值、有意义,就不该怕困难和风险。”他想。   三   4年过去,神秘的乙肝病毒受体还没露面,团队成员开始怀疑:“是不是这个受体根本就不存在?”   新建的实验室,新招的学生,新的未知领域。作为实验室主任,李文辉既是教练员、又是运动员,既是导演、又是演员,带领一群新手开始了有可能看不见终点的马拉松。   面对这个国际同行研究了40多年没有找到的受体,李文辉没有一上来就直奔主题,而是和学生们一起,耐心细致地搜集国内外已发表的有关论文,认真学习梳理、辨别真伪、分析方法,总结经验教训。同时,密切跟踪国际上的最新进展,寻找可能提供启示的蛛丝马迹……他告诉学生:千万别认为这样做是浪费时间,只有熟知前人所做的工作,才能打牢地基,避免多走弯路。   在感觉差不多的时候,在北生所的支持下,李文辉购买了两只树鼩,学着把这种外形酷似松鼠的灵长类小动物养活。   原来,此前中外科学家的研究表明,树鼩是除人类和黑猩猩以外唯一能被HBV感染的物种。为此,李文辉团队仔细观察树鼩的生活习性,在闹了不少笑话之后,终于使这种既害怕声响、又害怕孤独的聪明小动物“健康成长”了。然后,从它们的体内取出肝脏细胞,进行体外培养,建立研究HBV的体外感染模型。在北生所高通量测序中心蔡涛博士的帮助下,建立了树鼩肝细胞的基因表达图谱;再用质谱分析树鼩肝细胞里的可能相关蛋白质……   树鼩肝细胞感染率不高、模型系统不稳定、图谱分辨率不够……这些琐碎的细节问题,让大家头疼不已。但李文辉从来不急不躁,而是不厌其烦地指导学生不断重复操作、改进手段,一次不行两次、两次不行三次……这些基础但十分重要的工作,花了团队整整3年多时间!   到了2011年初,决赛开始了。   等待他们的困难,难得令人抓狂。   想象一下吧:乙肝病毒的直径只有40纳米,几乎是最小的病毒。在几万倍的电子显微镜下,负责乙肝感染的病毒蛋白看上去像一个大脑袋、短柄儿的毒蘑菇;它镶嵌在病毒包膜上,短柄儿前后4次跨过细胞膜,在病毒中极为罕见。   树鼩肝细胞表面的受体也与众不同。这个受体本身就小的微乎其微——肝脏细胞只有放在几万倍的电镜下,才能用肉眼看到,而如果把1个肝脏细胞比作摩天大楼,其表面的受体只是上面的一扇小窗子。而且,这个受体跨膜多次,露在细胞膜外面的只是极小的部分,对分离鉴定、功能检测造成很多困扰。要在为数极多、大小和外形都相差无几的窗口中找到那个病毒钻进去的小窗子,谈何容易。   深知其难的李文辉反复思考,对传统的实验方法和手段进行了独创性的改进,兵分两路:一路是严欢带队,用“鱼钩”钓;另一路是钟国才带队,用对比排除的办法筛。结果,几个月过去了,两路人马均无功而返。   从2011年6月到9月,严欢日夜守候,记不清“钓”了多少次,但“钓”上来的,不是“海藻”,就是“海草”,不是想象中的大鱼。他沮丧之极,甚至萌生了放弃的念头。   钟国才筛查了4个多月,从2万多条“小金鱼”“筛”到了60条。但随后的验证表明:他一心想要的“小金鱼”难以确定,也有可能漏网了。   他陷入深深的怀疑之中:是不是这个受体根本就不存在?!   时间,已过去了整整4年。严欢临近博士毕业,钟国才的博士后工作也要结束——他们还没发表过一篇论文。   放弃还是继续?这的确是个问题。   四   他们要给自己,也给科学一个机会:“我们既然已经走了这么远、试了100种方法,为什么不走得更远些,给第101种方法一个机会?”   李文辉面临的压力无疑是最大的。4年来,除了吃饭睡觉,他满脑子想的都是与HBV有关的事,以至于在与爱人聊天、陪孩子玩的时候常常走神。虽然目前陷入几乎无路可走的困境,但经验告诉他:科学探索到一定程度,就会进入一个盲区,跨过这个盲区,也许会找到通往成功的小路。他似乎隐约感觉到:他们已经到了黎明前最黑暗的时候,伸手不见五指的前方,已出现微弱的光亮。   他觉察到了学生们的失望和焦躁。在一次集体讨论会上,李文辉说:“大家都清楚,我们在做的课题,国际同行已经做了40多年,肯定是非常困难、非常有挑战性的。所以,现在碰到的困难,是很正常的。前人和我们的研究已经表明,这个受体是肯定存在的,只是它非常隐蔽,躲藏在很难察觉的地方——也许这个地方我们已经去过,只是没有发现而已。”   说到论文,他说:“论文固然很重要,但比论文更重要的,是我们在研究过程中,自己的学术能力有没有提高。我想同学们毕业的时候最重要的收获,体现在大家的能力上,体现在你们提出问题、分析问题、解决问题的能力上——在这个过程中你到底学到了什么东西,这才是最重要的。只要自己的能力提高了,即使这次没有成功,但你今后肯定会有成功的机会。”   “李老师,如果最后我们找不到怎么办?”   “科学上的重大发现,都是经过一代甚至几代科学家的探索才完成的。那些没有成功的科学家,大家也不会忽视他们的贡献。如果我们大家已竭尽全力,找不到也无怨无悔。”李文辉话锋一转,“但是,如果我们就此放弃、最后让别人找到了,大家会不会后悔?”   他停了一下,说:“我们既然已经走了这么远,试了100种方法,为什么不走得更远些,给第101种方法一个机会?继续往前走,我们不会失去什么,只会进一步提高我们的能力。”   听完这番话,大家重新鼓起了勇气。经过相互交流、启发,团队不断改进“渔具”:对乙肝病毒表面一段特殊的氨基酸序列重新设计,把它变成受体最喜欢的“鱼饵”;在原来的“鱼钩”上加一个“倒钩”,防止狡猾的“小金鱼”逃脱;设计了一个单克隆抗体位点加在“鱼钩”上,为“鱼钩”上了“双保险”……   严欢用不断改进的“渔具”,继续不厌其烦地“钓鱼”,狡猾的“小金鱼”终于有动静了,并开始一点一点地浮出水面——   2011年10月10日晚,通过颤动的“鱼线”,确认了“小金鱼”所在“鱼群”;2012年1月7日午夜过后,在蛋白质组中心主任陈涉的帮助下,通过质谱鉴定,景致毅在多条外形很相似的“鱼”中找出了可能的“小金鱼”。   1月11日凌晨,初次验证结果表明,这条“小金鱼”很可能就是他们寻找了多年的乙肝病毒受体!   但是,这只是初步的结果,还需要进一步的可靠验证。此时已近年关,严欢、钟国才、徐广伟等人放弃回家过年,和李文辉夫妇一起,继续加班加点。   激动人心的时刻在1月27日的大年初五姗姗到来。这天晚上,李文辉走后,严欢继续在实验室工作。凌晨两点多,他得到了一个关键结果:把受体导入原来不能被丁肝病毒感染的肝癌细胞,结果实现了丁肝的感染!这,在世界上是第一次!   兴奋不已的严欢立刻给李文辉拨通了电话:“铁证如山,就是它了!”李文辉的反应没有他想象的那么激动:“应该没错。早点睡吧,明天还要继续。”   五   成功之后,年轻人说:“科研最大的乐趣,就在于在漫长、辛苦、枯燥的实验过程中,经历无数次的失败,承受屡屡的失望,享受偶尔的惊喜。”   严欢意犹未尽,又给李文辉写了一封电子邮件:我觉得今晚可能是睡不着了。对于我来说,科研最大的乐趣,就在于在漫长、辛苦、枯燥的实验过程中,经历无数次的失败,承受屡屡的失望,享受偶尔的惊喜。最后,在这激动人心的一刻体味一路走来的点点滴滴。   让他没想到的是,李文辉很快回了邮件:是的,这才是一种真正的幸福,但一生中只能体验有限的几次。   此时此刻,他同严欢一样,也毫无睡意。他心里清楚:这类验证通常需要两种方式:一个是功能获得验证,一个是功能丧失验证。严欢做的这次丁肝病毒验证,只是功能获得实验的一部分,还有很多事情要做。   稍松了一口气的他们,又继续进行乙肝病毒的功能获得验证。乙肝病毒的功能获得难度相对更大,他们大胆尝试了多个方案,直到3月中旬,钟国才和严欢先后分别在不同的条件下,确定了乙肝病毒在原本不能感染的肝癌细胞上的感染。   同时,钟国才还和徐广伟等人花了几周时间,分别完成了在不同细胞上受体的功能丧失实验。   至此,他们分别从充分性和必要性两个方面,验证了NTCP是乙肝病毒和丁肝病毒的受体。   说服了自己,还要说服别人。在文章最后投出去之前,王晓东叮嘱李文辉:一定要把文章让邵峰看一遍。   另一个实验室的主任邵峰研究员,是国际病原感染领域的后起之秀,说话向来不留情面。他看完文章后,提了几个尖锐的问题:“这些你能不能解释?不能解释我就不信!”   李文辉不慌不忙,对邵峰提的问题一一做了解答。   为能让这个成果尽快在国际刊物上发表,并被这个领域的学者所接受和认可,李文辉团队又夜以继日,做了大量的实验,补充了许多新的数据。   2012年9月6日,他们终于收到《Elife》杂志接收文章的通知。   李文辉算了算,从实验室开始工作到文章被接受,差不多刚好5年。   参加这场长达5年的马拉松比赛的,除了他、严欢、钟国才、徐广伟,还有16位队员,他们是:何文辉、景致毅、郜振超、黄屹、祁永和、彭博、王海敏、付立冉、宋梅、陈盼、高文青、任碧杰、孙银燕、蔡涛、冯晓锋、隋建华。   六   李文辉本来可以去有固定编制、可以捧铁饭碗的研究机构,但他还是选择了刚创办不久的北生所,“这里最大的好处,就是可以全身心地做研究。”   人的一生最关键的选择,或许就那么几次。对于李文辉而言,最重要的一次,是选择北生所。   当年李文辉回国时,本来可以去其他有固定编制、可以捧铁饭碗的研究机构,但他经过权衡,还是选择了刚创办不久的北生所。   坐落在北京北五环以北昌平区的北生所,2005年底正式成立,是中组部、科技部和北京市政府等联合创办的科技体制改革试验田。   北生所最大的好处,就是可以全身心地做研究——这,不仅是李文辉自己的一人之见,更是所里科研人员的共同体会。   北生所实行的是长期稳定支持,实验室有固定的研究经费,室主任不用去花心思拉课题、跑经费。在课题选择上,实验室主任有绝对的自主权,所长王晓东都无权干涉。在考核上,实行的是每五年一次的国际同行评估,不必考虑每年必须发多少论文。这里实行的是科研至上,所有的行政、后勤人员都必须无条件为科研人员服务,办事效率极高——李文辉到北生所上班那一天,试验室就建好了,一周之内就开始了工作。   当然,北生所也有残酷的一面:如果5年之后通不过国际同行评估,实验室主任就得离开,实验室就得关闭。   然而,这里的人并不觉得残酷,因为他们都是真心喜欢科学、一门心思做科研的人;“追求卓越”是他们的共同理念,“加班加点”是这里的普遍现象。   “我们之所以能走到今天,必须要感谢北生所,特别是王晓东所长,他一直坚定不移地支持我们,尤其是在我们最需要帮助的时候。”李文辉说。   当所里的其他实验室都在两三年发表了顶尖论文的时候,李文辉他们还看不出任何苗头,王晓东没有丝毫责怪、催促;当李文辉提出要花几十万建动物房,购买树鼩、建病毒感染模型的时候,他一口答应;在论文快完成时,他放下自己的工作,仔细核定数据结果,帮助定稿……   “我看好李文辉,主要基于两点。”王晓东告诉记者:一是他有这个能力。他在哈佛医学院已经做过SARS病毒受体等漂亮的工作,来北生所之后,我和他谈科学上的问题,发现他对专业领域内的研究理解得非常清楚。二是他工作非常投入,周末很少不来上班的,有时候凌晨两三点了还在实验室。   “既然他这么坚持,那我就一定要支持到底。”   “您就没考虑过身为所长的风险?”   “他们如果做不好,实验室就没了。”王晓东不假思索地说:“我的风险跟他们比,算得了什么?”   冬日里的北生所像往常一样安静,李文辉他们仍像以前一样忙碌。“我们此前的成果好比打开了一扇门,还有更多未知的问题在前面等着我们。”他告诉记者,他们的梦想,是尽快帮助研发出有效的新药物,造福乙肝患者。   这,又是一场不知道终点在哪里的马拉松。

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