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釣到乙肝病毒受體這條大魚
宣金學文並攝
2012年11月21日10:19   來源:中國青年報
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研究人員正在李文輝實驗室中進行實驗

身為一名病毒學家,李文輝用“釣魚”來形容自己的工作。

這位垂釣者的目標,是乙型肝炎病毒(HBV)的受體。這種細胞表面的受體分子,是乙肝病毒及其衛星病毒丁型肝炎病毒(HDV)入侵人體所需打開的一把鎖。找到這把鎖,將有助於深入了解乙肝病毒的感染機制,並為治療乙肝及其相關疾病提供鑰匙。

經過5年的研究,這位北京生命科學研究所的研究員和學生們一起,釣到了這條大魚。研究成果發表在11月13日的《eLife》雜志上,題為《鈉離子牛磺膽酸共轉運多肽是乙型肝炎和丁型肝炎病毒功能性受體》。

“這一開創性的研究成果是有史以來本領域最優秀的科研論文之一,將重塑乙肝病毒研究領域現行的研究模式。”乙肝病毒侵入研究領域的頂尖專家、德國海德堡大學史蒂芬·伍本教授告訴中國青年報記者。他同時評價創刊不久的《eLife》是一份具有很高水准的期刊。

對此,“漁翁”李文輝謙虛地表示:“能對這一領域做出改變,這是最值得我們高興的事。”

尋找受體就像大海撈魚,而且是有目的隻釣某個品種的魚——能夠與乙肝病毒相結合的魚

“尋找受體就像大海撈魚,而且是有目的隻釣某個品種的魚——能夠與乙肝病毒相結合的魚。”論文的並列第一作者鐘國才打比方說。在乙肝病毒發現至今的40多年裡,全球科學家一直希望捕獲這條大魚,但都以失敗告終。

這也是乙肝至今逍遙法外的原因之一。目前,全世界大約有3.5億名慢性乙肝患者,其中1500萬人同時感染了丁型肝炎病毒。作為“乙肝大國”,我國大約有1.2億乙肝病毒攜帶者,其中慢性乙肝病人3000萬,每年約35萬人死於慢性乙肝相關疾病。

早在哈佛大學醫學院研究傳染性非典型性肺炎病毒(SARS)時,李文輝就對這條漏網之魚產生了濃厚的興趣。早年在醫院見習時,他目睹了乙肝患者的種種痛苦。2007年回國后,這位博士到北京生命科學研究所工作,決心找到乙肝受體。

他所帶領的研究團隊從樹鼩著手。這種長相頗似鬆鼠的哺乳動物,是除人類和黑猩猩以外唯一能被乙肝病毒感染的物種。

起初,北京生命科學研究所沒有樹鼩專用的動物房,這群小家伙隻能住在實驗室旁邊的一個小房間裡。來自北京協和醫學院的博士研究生何文輝當起了保姆。這個大男孩負責樹鼩的飲食、衛生,以及居住室溫的調節。更為重要的是,他要給樹鼩動手術,取出肝臟細胞,進行體外培養。

時至今日,他還記得在2008年汶川大地震發生時,一隻機靈的樹鼩從籠子裡跑出來。他和李文輝不得不滿屋子捉樹鼩,“卻沒有發現其他人早已經跑到了樓下”。

正是這群毛茸茸的小動物,在“釣魚”過程中立了大功,它們提供的基因表達圖譜是對釣上來的魚的重要參考。結合過往幾代科學家對乙肝病毒的認識,李文輝實驗室的研究人員對乙肝病毒表面一段特殊的氨基酸序列——魚餌——進行了特殊設計,將其變成病毒受體最喜歡的口味。

面對這條稀有且狡猾的大魚,研究人員還研發出特制的漁具:裝入非天然氨基酸,這相當於魚鉤中的倒鉤,以避免上鉤的大魚逃脫。

除了美味的魚餌和合適的魚鉤,結實耐用的魚線也是必備武器。李文輝率領的團隊使用了生物素——它可以將上鉤的大魚從茫茫大海中拽出來。但另一個問題隨之而來,這些撈出來的獵物,大部分都是海藻、小蝦之類的東西。當時,在哈佛大學醫學院抗體專家隋建華的幫助下,研究人員又充分利用了乙肝病毒基因序列本身存在的另一個標簽:單克隆抗體表位。這個標簽相當於另一種更適合的魚餌,抗體相當於魚線,從海裡撈出來的魚再用這種魚餌釣一遍,那釣到乙肝病毒受體這條魚的可能性就大大增加了。

一條名叫肝臟膽酸轉運蛋白、又名鈉離子-牛磺膽酸共轉運多肽的大魚終於浮出水面了

經過精細的准備和耐心的等待,一條名叫肝臟膽酸轉運蛋白(NTCP)、又名鈉離子-牛磺膽酸共轉運多肽的大魚終於浮出水面了。正是這個家伙與乙肝病毒表面包膜大蛋白的關鍵受體結合區發生特異性相互作用,從而打開了入侵細胞的大門。

關於這種相互作用,李文輝解釋說,如果把乙肝病毒比喻成鑰匙,受體分子就是安裝在宿主細胞上的一把鎖。病毒隻能用自己的鑰匙打開受體的鎖進入房間,才能最終侵入宿主細胞,並感染細胞。

“但是病毒與受體在什麼時間點結合,什麼時候釋放,需要多長時間才能打開鎖,那扇門是彈簧門、雙扇門還是其它門,我們還需要進一步確認。”李文輝表示。目前的研究隻能証明,乙肝病毒和受體結合之后打開這扇門,需要的時間比較長。

在長達5年的研究過程中,這個實驗室幾乎沒有發表過論文。“因為中間實驗有很多的不確定性,未來的結果也難以判斷。”這位戴眼鏡的研究員說,“就像長跑一樣,中間的堅持階段最困難。”

起初,研究團隊中的何文輝和女博士后徐廣偉取乙肝病毒的重要的一段作為魚餌,但是捕撈效果並不理想。這使大家逐漸認識到,需要為受體這條大魚裝入精心設計,最好不能解離的倒鉤,如非天然氨基酸,為避免煮熟的鴨子飛了。

與此同時,鐘國才採用了另外一種方式:拿漁網去撈魚。因為有些細胞可以感染乙肝,有些細胞不能,通過比較這兩種細胞不同的蛋白表達差異,可以縮小范圍。一開始是兩萬個基因,后來被縮小到150個,再從中篩選出60個可能基因,最后用遺傳學的方法把這60個基因挨個審查。“這種方法從原理的角度來講是可以的,但是除了這個要尋找的受體之外,還有一些其它基因也有效果,所以難以進行最后的確認。”鐘國才解釋說。

距離大魚上鉤越來越逼近了,實驗室的氛圍也越來越緊張。由於徐廣偉經常熬夜甚至通宵,實驗室專門為她添置了一張折疊床。鐘國才夜裡零點以后從實驗室出來,出大樓的時候需要進行登記,他發現,登記本上一列下來基本都是實驗室的同事。

另一位“釣魚者”嚴歡也在尋找受體的隊伍之中。他是論文第一作者、北京大學生命科學院的博士生。他的研究方向是從丁型肝炎的角度來研究乙肝。在他看來,丁肝就是“披著羊皮的狼”——它與乙肝病毒共用一個外殼,用的很可能是同樣的受體,拿下丁肝,距離發現受體也不遠了。

直到2011年的初夏,他們在與相關老師和朋友交流之后,受到啟發,嚴歡在病毒基因序列上植入非天然氨基酸光敏亮氨酸。這意味著給魚鉤加個倒鉤,以防止咬鉤的魚又溜走。

但是,他連釣了3個月的受體也沒有效果。“經常夜裡兩三點才睡覺,有時甚至通宵”。“那3個月完全是白做了,當時非常沮喪。”嚴歡想起那段日子,“但為了這個重大發現,我至少得堅持半年。”

后來,通過減少魚鉤的數量,實驗逐漸順利起來。2012年的元旦前,含量最高並且最“靠譜”的受體,在“魚類鑒定行家”景致毅等的幫助下,慢慢浮出水面。

元旦后的第二天,嚴歡這個嚴謹的科學工作者,和女朋友一起來到雍和宮,拜佛許願,祈禱他早日發現乙肝病毒的受體。

這就是我們苦苦尋覓的那條大魚

兔年的除夕夜,嚴歡和鐘國才、徐廣偉等人一起在實驗室裡度過。正月初六凌晨3點多,正在焦急等待的李文輝接到他激動的電話:“我拿到了丁肝受體的‘金標准’! 確定了NTCP確實是我們在找的那條魚!”那天晚上,他將受體導入到原來本不能感染丁肝病毒的肝癌細胞裡,癌細胞也感染了丁肝病毒。通過整個團隊的努力,類似的結果也在乙肝的系統中實現了。

“一般我們要驗証一個東西,通常有兩種方式,一個是功能獲得實驗,一個是功能喪失實驗。”嚴歡說,“我首先在丁肝病毒的功能獲得實驗上取得了成功。”乙肝病毒的功能獲得難度相對更大,但沒過多久鐘國才把這個問題也解決了。

另一方面,由鐘國才和徐廣偉等人完成的功能喪失實驗,也獲得了成功。這就意味著“分別從充分性和必要性驗証了那就是我們想要的受體”。

“很幸運我們堅持做下來了。好在包括我在內,大多數同學天性還是比較樂觀的。”李文輝想起5年的堅持感慨道,“只是,終點在哪裡當時還不知道。”

就在今年嚴歡女友25歲生日那天,他和女朋友一起去民政局領了結婚証,“光榮‘裸婚’,婚紗照什麼的都免了”。鐘國才的愛人,也放棄了最喜歡的臨床醫生的工作,來到實驗室,做了一名普通的技術員。

就像乙肝病毒受體的發現過程一樣,論文的投遞過程也是一波三折,曾一度讓研究團隊情緒十分低落。李文輝鼓勵大家:“這沒有關系,隻要我們能真的做出一些發現,做出一些改變,我們完全可以為自己驕傲。”

最終,《eLife》接納了這篇研究論文。這家由美國霍華德·休斯醫學研究所、德國馬普學會和英國維康基金會共同創辦的雜志,被認為將來具有和《自然》雜志相抗衡的實力。德國國家醫學病毒所的迭特·格利布對中國青年報記者表示,《eLife》雜志在成為生命科學領域的頂尖學術期刊上,極具潛力。

11月13日,論文發表的那一天,伍本第一時間向李文輝表達了祝賀:“我曾以為我們能夠第一個發表這項研究成果,但是事實上你們贏得了這場賽跑。我們對此並不嫉妒,而是衷心地祝賀,我們都將受益於此,尤其那些患者。”

(責編:萬鵬、秦華)


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