獲2021年諾獎的蛋白結構由中國學者率先解析

文／張佳星

“我每年講課講到他們都會說他們早晚要得諾獎。”一接通電話，清華大學生命科學院教授楊茂君就告訴記者，諾獎頒給他們實至名歸。

10月4日，2021年諾貝爾生理學或醫學獎頒給戴維·朱利葉斯和阿登·帕塔普蒂安，以表彰他們在人類感知疼痛和溫度機制方面的突出貢獻。

可能有人會在心里嘀咕：“這位教授等人家獲獎了才說，是不是馬后炮。”

別急，先來看一篇學術論文。相關報道顯示：清華大學楊茂君與合作者成功解析了機械力敏感非選擇性陽離子通道蛋白Piezo的三維結構，研究成果2015年發表于世界頂級期刊《自然》雜志，這是Piezo蛋白的結構首獲解析。

今年的諾貝爾生理學或醫學獎就與Piezo蛋白相關。阿登·帕塔普蒂安在人類幾百個細胞膜表面蛋白基因中找到了壓力感應基因，并發現了它編碼的離子通道蛋白Piezo。這一發現結束了人類對于“觸覺究竟是怎么來的”的認知蒙昧狀態，并引領了后續大量的相關研究。與阿登·帕塔普蒂安一樣，戴維·朱利葉斯的研究回答了人體怎樣感覺到熱與冷，是什么信號傳遞給了神經系統，讓大腦知道。

探究人體之謎，是生命科學的使命。諾貝爾獎得主們作為開拓者，開拓出一片新知領地，孜孜求索的科學家們持續跟進、豐富研究，共同揭開人體的未解之謎。

作為從事結構生物學研究的科學家，楊茂君團隊持續跟蹤生命體內的蛋白質，想盡辦法獲得蛋白，進行解析。

人體內的蛋白有很多，哪些才是值得花大力氣解析的呢？

或者，問得更直白一些：如何才能解析一種能夠獲得諾貝爾獎的蛋白的結構？

“諾貝爾獎一直是奔著生命最本質的東西去的。”楊茂君說，1988年的諾貝爾化學獎已經頒給了捕光復合物揭示視覺機制，而今年得獎的成果與味覺和觸覺相關，未來聽覺和人類意識產生的機制也應該會獲獎。

憑著對諾獎追蹤生命本質的判斷，很多團隊開始針對這兩種諾獎級別的新發現的機制（TRP、Piezo）發力。

楊茂君回憶，他們團隊最先做的是TRP離子通道，但后來被其他團隊超越了。

“2012年，我們實驗室的蓋景鵬同學（今年剛剛加入上海科技大學建立獨立實驗室）就克隆了20幾種TRP離子通道，分別表達、純化、長晶體（注：晶體衍射法解析蛋白結構需要先獲得足夠的蛋白質晶體），卻沒有一個長出晶體。”楊茂君說，結果另一個研究團隊用單顆粒冷凍電鏡解析了出來。

“在他們文章出來第二天我們就把這些課題全部停掉了，轉頭重點做Piezo。”楊茂君說，做研究不能跟跑，而是要做別人做不了的。

“Piezo很難做，因為能感受壓力信號，所以搖瓶培養行不通，會讓細胞一直感受到力，活不下來。”楊茂君說，但蓋景鵬肯吃苦，又肯想辦法，愣是在平板上培養細胞，收獲了足量的蛋白用于冷凍電鏡解析。

上千盤培養皿上培養的細胞，只收獲到很少量的Piezo蛋白。

這也是為什么這一蛋白在被發現很久后，其結構仍遲遲無法破解的原因之一。一個很明顯的例子是，楊茂君實驗室在2015首次發表了Piezo1結構的3—4年后，其他研究組才用他們開發出來的研究方法純化得到蛋白，并將其分辨率提高到原子分辨率水平，發表了多篇頂級論文。

采訪過程中，楊茂君多次提到自己的學生，他一再表示，很多研究之所以能夠有成果，是由于研究者肯踏踏實實坐下來，從微末做起、不辭辛苦，最終為人類的認知范圍開疆拓土。