【資料圖】
前段時(shí)間看到饒毅老師發(fā)的 “這是我們目前主流狀況:冒險(xiǎn)第一不行,第二很多”,我感覺很有意思。這句話看上去是在“罵人”,其實(shí)充滿了贊揚(yáng),也包含著更高的期許。當(dāng)然,在討論前,我要把主題特異到“生物醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究”這個(gè)方向,這個(gè)是我大體能懂的專業(yè),也是一個(gè)非常大的且足夠重要的領(lǐng)域。
先說“充滿了贊揚(yáng)”,“第二很多”說明中國現(xiàn)在的科研在國際上已經(jīng)很有成績了,比起短短十幾年前的狀況,不是進(jìn)步很大嗎?我記得饒毅老師的學(xué)生蔣輝(現(xiàn)任北京生命科學(xué)研究所的研究員),在2005年發(fā)表了21世紀(jì)以來中國第一篇Cell,現(xiàn)在每年發(fā)表的Cell有多少?恐怕是不計(jì)其數(shù),這是非常大的進(jìn)步。
第二是“更高的期許”,難道我們僅僅滿足于發(fā)表了很多Cell,很多Nature和Science就沾沾自喜?我們跟國際,或者具體一點(diǎn),跟美國相比,生物醫(yī)學(xué)研究的水平可以匹敵了嗎?或者更直接一點(diǎn),有多少“諾貝爾獎(jiǎng)”級(jí)別的研究?顯然沒有很多!也就是說我們做“normal science”是很好的,但是缺乏冒險(xiǎn)精神,不會(huì)做一些風(fēng)險(xiǎn)高而又重要的課題,和美國比相差很多。那我們是不是應(yīng)該做得更好一點(diǎn),用美國“最好的研究”,而不僅僅是頂刊文章的數(shù)量要求自己,這是一個(gè)期許。
那么,在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,什么樣的研究是具有冒險(xiǎn)精神的、“諾貝爾獎(jiǎng)”級(jí)別的研究?我們是否能在這些研究中找到一些規(guī)律?我們敢于去冒險(xiǎn),冒的是什么險(xiǎn)?或者說,真的很險(xiǎn)嗎?我拿2021年諾貝爾獎(jiǎng)關(guān)于溫度和觸覺受體的研究作為例子進(jìn)行一些具體的,技術(shù)的分析,試圖回答上面的問題。
溫度受體的研究中最重要的一篇文獻(xiàn)是“The capsaicin receptor: a heat-activated ion channel in the pain pathway”(Nature, 1997)。這篇文章的思路是,利用辣椒素(capsaicin)能引起熱覺(辣)來克隆可能的溫度覺受體。其中最重要的assay是利用鈣成像來分析,然后利用expression cloning表達(dá)被根神經(jīng)節(jié)(Dorsal Root Ganglion)的分子,從而鑒別辣椒素受體,也就是可能的溫度覺受體。這無疑是一個(gè)很有創(chuàng)意的實(shí)驗(yàn),同時(shí)也存在著很大的風(fēng)險(xiǎn)。最大的風(fēng)險(xiǎn)就是,體外表達(dá)的cDNA無法復(fù)制體內(nèi)的狀況,從而expression cloning的策略不工作。
David Julius lab的作者面對(duì)這樣的風(fēng)險(xiǎn)是如何做的呢?這在其Figure 1第二列里,已經(jīng)基本排除了這種風(fēng)險(xiǎn),因?yàn)閜ooled DRG cDNA可以使一些轉(zhuǎn)染的293細(xì)胞激活,我認(rèn)為這是David Julius獲得諾貝爾獎(jiǎng)最重要的一幅圖/實(shí)驗(yàn),能在一個(gè)體系里表達(dá)被激活,下面做的就是按部就班篩選出來,其風(fēng)險(xiǎn)在這幅圖已經(jīng)得到了完美的規(guī)避。
雖然溫度受體得到了鑒定,但是觸覺受體的研究直到2010年仍沒有任何的進(jìn)展。這是個(gè)阻礙了感覺認(rèn)知的重大問題,一直解決不了,它的巨大挑戰(zhàn)性也使得這個(gè)問題成為了“諾貝爾獎(jiǎng)”級(jí)別的問題。 觸覺受體研究領(lǐng)域最重要的文獻(xiàn)是2010年Ardem Patapotian lab發(fā)表的 “Piezo1 and Piezo2 Are Essential Components of Distinct Mechanically Activated Cation Channels”。
理論上講,克隆DRG的觸覺受體,同樣可以使用1997年的expression cloning 的方法,實(shí)際上,David Julius lab也是這么做的。他們使用鈣成像做expression cloning (PNAS,2008), 我在2008年面試Julius lab時(shí)還談過這個(gè)課題。但機(jī)械力敏感通道比capsaicin激活做鈣成像難得多,關(guān)鍵問題是不穩(wěn)定。2008年這篇文章是用一個(gè)膜拉扯細(xì)胞,然后膜復(fù)位,產(chǎn)生一個(gè)鈣的信號(hào),這使得實(shí)驗(yàn)本身很不穩(wěn)定,因而這個(gè)設(shè)計(jì)有很大的問題。在2008年這篇概念性文章后,后續(xù)并沒有課題組真正地克隆出觸覺的機(jī)械力敏感通道。我們?cè)俜催^來看看那篇最終克隆出Piezo的文章,作者采用了不同的策略,并沒有“路徑依賴”,堅(jiān)持使用鈣成像的方法。
這篇文章采用了另外一個(gè)思路:直接利用電生理記錄,找到一個(gè)具有機(jī)械力敏感電流的細(xì)胞系,反過來利用RNAi Knockdown的方法。電生理記錄比鈣成像做機(jī)械力敏感通道靈敏的多。觸覺本來是在被根神經(jīng)節(jié)(Dorsal Root Ganglion) 發(fā)生的,但是直接在被根神經(jīng)節(jié)(DRG)做RNAi Knockdown,其取材,轉(zhuǎn)染 RNAi Knockdown 質(zhì)粒,其工作量幾乎不可完成,另一種方式是在培養(yǎng)細(xì)胞進(jìn)行電生理,同樣的篩選,其工作量可能只有被根神經(jīng)節(jié)的十分之一,可行性強(qiáng)。
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