诺奖得主的华人学生:他的实验室像是炼丹炉

杨海峰与其博士后导师、2019年的诺奖得主威廉·凯林(William G. Kaelin),图片由杨海峰提供

访谈 | 叶水送、陈晓雪
责编 | 李娟

2019年10月7日,来自哈佛医学院丹纳-法伯癌症研究所(Dana-Farber Cancer Institute)教授威廉·凯林(William G. Kaelin),牛津大学和弗朗西斯·克里克研究所(Francis Crick Institute)教授彼得·拉特克利夫(Peter J. Ratcliffe)以及来自约翰霍普金斯医学院(Johns Hopkins University School of Medicine)教授格雷格·塞门扎(Gregg Semenza),因在细胞对氧气感知和适应领域的发现共享了今年的诺贝尔生理学或医学奖。此前,这三位研究者也已因这项研究获得了2016年拉斯克奖。

值得一提的是,两位美国学者在这一领域的开创性贡献同上世纪的一批中国博士后的工作密不可分,如塞门扎实验室的王广良、江秉华,凯林实验室的杨海峰等。三人现在分别在美国大冢制药公司、美国爱和华大学以及美国托马斯·杰佛逊大学任职。

具体来说,王广良博士率先发现HIF-1,江秉华教授率先克隆出HIF-1基因,杨海峰教授则发现肿瘤抑制基因VHL与HIF结合的调控机制。

全球首个缺氧诱导因子脯氨酰羟化酶抑制剂(HIF-PHI)——罗沙司他的I期、II期以及III期临床试验也是在中国率先完成,并获得国家药品监督管理局(NMPA)审批上市,成为首个在中国率先获批的First-in-Class的创新药。

10月8日,《知识分子》采访到曾在凯林实验室做博士后研究的杨海峰和张青,他们都是武汉大学生物系生化专业的本科生。

《知识分子》:听到凯林教授获奖,你的心情如何?

杨海峰:我觉得非常高兴和欣慰。在预期之中,但也在意料之外。我们都叫他比尔(Bill)。他前几年前得了拉斯克大奖,因此得诺奖的可能性很大,但拿不拿得到以及什么时候拿都不确定。我自己觉得这是科学的胜利,是造福全人类的一个进步。

《知识分子》:你觉得这个领域为何被诺奖委员会认可?

杨海峰:这是一项基础科研的发现,但有极深广的生理、病理的衍生影响。人不吃可以活一两月,不喝可以活一星期,不呼吸几分钟就不行了,其重要性可想而知。

《知识分子》:你当时是如何参与凯林的这项获奖工作?

杨海峰:我是比尔这项工作的主要参与人之一。第一作者Mircea Ivan 发现了低氧诱导因子(HIF)肽上的脯氨酸羟基化是和肿瘤抑制基因VHL结合必须的蛋白质修饰,但不清楚HIF和VHL的结合是否受氧气调控。当时同领域另一实验室的学者在Nature 撰文称氧气缺失不影响这俩个蛋白的结合,同实验室也有两位博士后得到了同样结论。

但我仔细考虑了之前的实验过程,发现把细胞从缺氧环境拿出来的最后一两分钟里,细胞接触到了氧气。于是,我改进了这个操作,把细胞拿出后,在几秒之内迅速将其变性裂解,再用VHL far-western来检测两个蛋白是否还能结合,果然发现缺氧情况下VHL看不见HIF了。当时比尔拿着X光片成像结果非常高兴,因为这表明了VHL在缺氧情况下对HIF视而不见,在有氧时紧密结合并导致HIF的降解。如果不是这样的,那么HIF脯氨酸的羟基化,VHL和HIF的结合就不是氧气感知的分子机理,整个现象就沒有重大的生理意义了。

比尔获得盖尔德纳奖(Gairdner)和拉斯克大奖之后,都给我寄信对我的工作表示感谢。在脯氨酸羟基化被发现后,我们和Memorial Sloan-Kettering的Nikola Pavletich合作,解出了HIF肽和VHL蛋白结合下的结构,更深地了解了脯氨酸羟基化为什么这么重要,还发现肾癌导致的VHL突变是如何破坏这一结合。相关结果发在了Science杂志上。

《知识分子》:在你们眼里, 凯林是一个什么样的人?

杨海峰:他是一位坚定的理想主义者,有着高尚情怀。他的身上有一股剑气,极其犀利,能在最短的时间内找出你在科研上的弱点,并且毫不留情地指出,让你想法应对改正。他是一位真正的精神上的贵族,有着对真理永不停息的追求和热爱。

《知识分子》:去年12月,HIF脯氨酰羟化酶抑制剂——罗沙司他,在中国率先获批上市,从基础到应用这一领域正在造福人类健康,对此你如何看待?

杨海峰:罗沙司他是珐博进(Fibrogen)公司的HIF修饰酶抑制剂。在美国还有HIF-2 alpha的抑制剂,正在做肾癌治疗的后期临床试验,我们已经知道(它)也有效果了。更多的应用成果还会源源不断地出现,因为氧气感受机理控制的生理病理过程非常多。

《知识分子》:目前,你主要专注于哪一领域的研究?

杨海峰:我的实验室还是专注在肾癌研究领域,但是关注的分子是抑癌基因PBRM1 和BAP1,它们的功能和VHL、HIF紧密相关。

《知识分子》:当年在凯林实验室的博士后训练,给你的科学生涯带来怎样的帮助?

杨海峰:在比尔实验室的训练更多是精神上的,是一个价值观的创建过程。比尔实验室和丹纳-法伯癌症研究所的大环境某种程度上就像一个炼丹炉,有全世界最棒的科研环境,你也需要做出能改变世界的发现。那是一个不见硝烟的战场,你的敌人是各种顽强的癌症。如果从中能够熬出来,你也许就能获得一双火眼金睛。不过科学的道路充满荆棘,伟大的发现是要做出牺牲的。

《知识分子》:你觉得这个领域获得诺奖认可后,对其他学者包括你是否会带来影响?

杨海峰:比尔获得诺奖之后,对于整个领域来说是个肯定,更加点燃大家的热情,坚定继续前行的信念。在科研基金支持上,它(获得诺奖的认可)也可能会有帮助。

《知识分子》:近年来,不少的诺奖得主的工作是他们当年的华人学生完成的,对此你如何看待?

杨海峰:华人学生学者对诺奖的贡献体现了中国人以及华人对全世界科学进步的贡献。中国人和华人有责任和义务做出更多贡献,包括直接得奖。当然得奖只是一种肯定,关键的是要做出成绩,造福全人类。

《知识分子》:近年来,中国的基础科学给你留下哪些印象?你觉得如何做出原始创新的科研工作?

杨海峰:近年来,中国基础科学发展迅速,出了很多成果,可喜可贺。但重要的是,科学文化还需要改变、提高,需培养学生对追求真理的纯粹热情。只有达到这一点了,才可以保持长期的、强大的、源源不绝的追求原创发现的动力。

原创发现有可能十年才能磨一剑,但它一经发现,就有可能改变世界。如何发现并保护这样的工作,需要长期不懈的努力。

严钦(耶鲁大学)、杨海峰(托马斯·杰佛逊大学)、凯林、 魏文毅(哈佛大学)和张青(得克萨斯大学西南医学中心),他们均为美国大学的教授

在采访杨海峰的同时,《知识分子》还联系到同在凯林实验室工作过的张青(文内照片最右),现为美国得克萨斯大学西南医学中心副教授。他对我们做了如下讲述:

2006年2月-2013年1月之间, 我在凯林实验室从事两个方面的研究:阐明脯氨酸羟化酶(prolyl hydroxylase)在乳腺癌中的重要作用;寻找治疗肾癌VHL综合征的药物。

在科研工作中,凯林十分关注我们能否提出重要的问题、设计正确的实验并严谨地解读实验结果。他每天都会与实验室成员交流并乐在其中,喜欢把实验或项目设计写在黑板上。

他对我们的实验设计与控制要求非常严格,总是会问“这个实验你重复了几次”、“你的阳性对照和阴性对照分别是什么”这类问题。他不仅是一名杰出的科学家,也是非常杰出的导师。

凯林的获奖工作是1996-2002之间做的,他阐明了VHL基因缺失对缺氧诱导因子(HIF)以及与其紧密相关的氧感测机制的调控作用,发现了介导该氧感测酶促反应的脯氨酰羟化酶。作为肿瘤学家,多年临床经验使他了解到一些肾脏肿瘤会出现血管密度加大、VHL肿瘤抑制因子缺失的情况。 他和团队发现VHL蛋白会和延伸蛋白B、C(ElonginB and C)以及CUL2蛋白形成复合物(VCB-CUL2 complex),即酶母泛素连接酶同源蛋白,他们便假设VHL蛋白的缺失会使血管内皮生长因子(VEGF)变得稳定,导致血管生成增加。实际上,他很快就发现,即使在常氧状态下,VHL蛋白缺失也会导致VEGF和其他HIF受体的表达上调。

凯林的发现对今天广泛应用于临床的VEGF抑制剂药物有着直接贡献。基于凯林的工作研发的脯氨酰羟化酶抑制剂药物已在一些国家用于治疗贫血。此外,HIF2a抑制剂药物也已被成功研发,并在肾癌临床试验中展示了良好的疗效。

我们预料到他会获得诺贝尔奖,只不过是时间的问题。借此采访机会,我想再次祝贺他获得这一奖项!

发布于 2019-10-10