解碼RNA——記中國科學技術大學生命科學院教授光壽紅

本刊記者 張春壯

1990年，科學家給矮牽牛花插入一種催生紅色素的基因，希望能夠讓花朵更鮮艷。但意想不到的事發生了：矮牽?；ㄍ耆噬?，花瓣變成了白色。科學界對此極度困惑。類似的謎團，直到美國科學家安德魯·法爾和克雷格·梅洛發現核糖核酸（RNA）干擾機制才得到科學的解釋。

離不開的實驗室

DNA是遺傳信息的主要載體，生物體的生理功能主要由蛋白質來執行。在DNA和蛋白質之間，RNA起著橋梁的作用——對于核糖核酸的所有，在進入大學前，我們所知道的僅此而已。進入中國科學技術大學生物系之后，光壽紅逐漸被生命科學這座神秘花園所吸引，對此產生了濃厚的興趣。

這所以寬松自由的學術文化氛圍聞名的學校，學生有一年的時間學習基礎課并對所有專業進行了解，在一年級期末可在全校范圍內重新選擇和轉換專業，而整個本科階段里則有至少四次的機會可重新選擇自己的專業。面對如此多選擇機會，光壽紅遵從自己的興趣完成了本科學業，并且在研究生階段繼續師從施蘊渝院士進行多肽的溶液構象研究。

憑借扎實的專業基礎，光壽紅有幸進入美國威斯康星大學攻讀博士學位，進行博士后研究。在這所被視為美國公立的常青藤名校的癌癥研究所，他師從Janet Mertz教授，研究真核生物中病毒起源的無內含子核糖核酸的表達和調控機制。博士畢業后，因為家庭原因他想繼續留在麥迪遜，加上“博士后研究時，我想做些模式生物學的東西”，機緣巧合，“學校有個新到的助理教授Scott Kennedy需要招人，我申請加入了他的實驗室”。

實驗室做什么？新加入學校的Kennedy教授和新加入實驗室的光壽紅都在思考，但他們都想找新的方向，做一些有意義的研究。于是，模式生物中小干擾核糖核酸的功能和調控機理的研究被他們鎖定，這項研究一直延續到光壽紅回國。

2010年，作為中國科學技術大學“青年千人”特聘教授，光壽紅回到母校，進入生命科學院，繼續研究小干擾核糖核酸的功能和調控機制。

光壽紅教授與團隊成員在一起

從美國的實驗室到中科大的實驗室，不變的是光壽紅的研究?，F在，他帶領團隊在做真核細胞中核糖核酸的表達與加工的調節、真核生物中轉錄調節機制、模式生物中非編碼核糖核酸的表達與調節機制以及模式生物的遺傳與發育相關方面的研究。變化的是光壽紅的身份，如今的他帶領了一支由學生組成的“年輕”團隊，雖然他們都沒有多少研究經歷，但熱情和干勁讓他們迅速成長。光壽紅希望，自己能和他們快樂地做自己感興趣的事。他相信，這段經歷能幫助他們認識自己，為以后的工作和生活找準方向并打下基礎。

神奇的RNA干擾

人們所知道的是，RNA（核糖核酸）僅僅是一類重要的生命物質，其中的信使RNA（mRNA，也叫編碼RNA）是作為合成蛋白質的模板。人們所不知道的是，其他存在的非編碼RNA也是人類基因組轉錄的產物。

隨著科學家們從細菌到人的各種生物中陸續發現大量種類、數量的非編碼RNA，越來越多的證據表明，一系列重大疾病的發生、發展與非編碼RNA的調控失衡相關。隨之而來，非編碼RNA正在成為有前途的疾病標志物、藥物靶點和潛在藥物分子。2010年12月Science雜志在評選21世紀頭十年的十大科學突破時，第一個提到的也是RNA研究，特別是非編碼RNA的研究。

然而，無論國際還是國內，科學家偏重于mRNA的研究，而對非編碼RNA的研究較為忽視，對其功能及機理的研究還僅僅處于起步階段。

早期的試驗表明，非編碼RNA可以用來抑制癌基因和病毒基因的表達。對該項技術的研究和應用，是近年來全球生物醫藥行業的一個嶄新領域。處于國際前沿領域的小核酸干擾技術已經成為中國生物制藥的新希望，被應用到抗病毒、抗癌藥物研制以及化妝品、農業、養殖業等領域。

然而，在非編碼RNA被用于臨床和制藥之前，人們必須更深入地了解非編碼RNA的產生機理、運輸途徑、作用專一性和體內功能等。

這個熱點吸引了在RNA世界里研究的光壽紅的注意，在2014年1月，國家自然科學基金支持項目“RNA干擾過程中錯靶現象的遺傳調控”開始立項，他憑借實驗室早期嘗試并成功地在秀麗線蟲中建立了新的研究錯靶現象的方法。這項研究試圖從遺傳學的角度出發，了解RNA干擾過程中錯靶的作用方式，致力于尋找調控RNA干擾過程中錯靶現象的遺傳調控因子和分子機理。

光壽紅他們所做的就是：研究模式生物秀麗線蟲中siRNA調控基因表達的作用方式，通過遺傳篩選的辦法來尋找調控核RNA干擾的關鍵因子以及研究它們作用的分子機理。這項研究，將有助于人們更深入地了解RNA干擾造成生長和生殖缺陷的原因和機理。

他希望，“這項研究有助于我們更深入地了解錯靶的原因和機理，從而不僅對理解小RNA的基礎生物學有重要意義，而且有助于更好地將小RNA干擾技術用于研究和臨床治療?！?/p>

回國4年，光壽紅忙碌而充實，申請過兩個國家自然科學基金的面上項目：一個是研究非編碼核糖核酸在生物體中的作用機制，另一個是非編碼核糖核酸造成錯靶效應的機制。

將于今年12月結題的項目“模式生物秀麗線蟲中NRDE通路介導的siRNA基因干擾的機制研究”中的小RNA干擾技術的發現，是近十年來生命科學研究的重大突破之一，不僅可以加深人類對生命過程的認識，而且為人們在干預生命過程中增加了一種非常方便的手段。

生命的密碼

與DNA相比，RNA種類很多，分子量相對較小，在遺傳信息表達和調節過程中分別發揮作用。正因為RNA分子種類的多樣性，它既可以是信息分子，也可以是功能分子。自始至終，光壽紅對RNA的研究，都希望能揭開生命科學的神秘面紗并造福大眾。因為，對任何一個科學家來說，一項目科研成果如果不能回饋社會，就是一個永遠的遺憾。

盡管各項研究齊頭并進，但光壽紅的研究也有了不俗的成績。他們發現了獲得性遺傳的新證據，發現非編碼核糖核酸可以介導這一過程；闡明了非編碼核糖核酸錯靶現象的分子機理；建立了秀麗線蟲中使用CRISPR/Cas9技術進行基因敲除的方法；同時他們發現非編碼核糖核酸對其產生通路有記憶效應。

回到曾經飛揚青春的中國科學技術大學，光壽紅享受著科研帶給他的快樂。他主持過第三屆全國線蟲大會以及第八屆全國核糖核酸會議，也參加了全國非編碼核糖核酸的香山會議。同時，他還加入一個“973”團隊，研究非編碼核糖核酸在干細胞發育與分化中的作用。

目前，光壽紅的實驗室還在進一步研究非編碼核糖核酸的產生和作用機制，雖然工作還才剛剛起步，但他為實驗室規劃了目標——希望闡明一些問題：獲得性遺傳是怎么樣傳遞到后代去的？其在生物進化中起到了什么樣的作用？非編碼核糖核酸是如何調控基因轉錄過程的？其變異是如何導致發育異常以及人類疾病的？發展基因工程和細胞工程的方法治療腫瘤相關疾??？

光壽紅對未來充滿信心，他期望，能將基礎研究的成果和人類疾病緊密聯系起來，以便更好地為國民經濟服務，為社會進步和發展服務。