作者:李晨阳 来源: 中国科学报 发布时间:2020/8/20 9:04:02
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大含“细”入 同“胞“共气|重点实验室巡礼
——走进细胞生物学国家重点实验室

①高大明研究员

②曾艺研究员(左)与王代松博士合影

③杨巍维研究组获上海市科技系统青年五四奖章(集体)

④李劲松研究员(右一)指导学生工作

⑤细胞生物学国家重点实验室第二届学术委员会委员与实验室PI合影

⑥细胞生物学国家重点实验室揭牌仪式合影

 

本报记者 李晨阳

美国冷泉港实验室举办的学术会议上,年轻的中国女科学家曾艺站在讲台上,分享自己尚未发表的实验数据。这是一个出人意料的科学故事,台下众人听得津津有味。在报告最后,曾艺热情地表示:“欢迎大家来重复我们的实验!”

走下讲台,她很快接到了知名学术期刊编辑的橄榄枝:“这个工作很棒,投给我们吧!”

“直到这一刻,我心里的石头才落了地。”曾艺笑道。在此之前,她担心这项成果太“前卫”,难以被同行接受,这才精心策划了这场华丽“剧透”。2020年3月,这项成果顺利发表于《细胞》杂志。

“当你有最心爱的工作时,就要为它做到100%——这是我在细胞生物学国家重点实验室学到的最重要的事。”曾艺说。

呵护创新的萌芽

曾艺是中国科学院分子细胞科学卓越创新中心(生物化学与细胞生物学研究所,以下简称生化与细胞所)研究员。她的研究组最早是做乳腺癌研究的。在一次动物实验中,他们“顺便”扫描了一下小鼠模型体内的其他器官,意外发现了胰岛成体干细胞的踪迹。

“大家很惊讶,因为当时学界的主流观点是胰岛中不存在成体干细胞。”曾艺告诉《中国科学报》,“甚至有人认为,人之所以容易得糖尿病,就是因为没有成体干细胞,导致胰岛β细胞的损耗得不到有效补充。”

全球有4.3亿糖尿病患者,其中1/4在中国。胰岛β细胞功能失常导致的胰岛素分泌不足是1型糖尿病和2型糖尿病的共同特征之一。传统的治疗方法——吃药和注射胰岛素都只能“治标”。要想“治本”,就需要通过胰岛移植等方法,在人体内重新产生健康的胰岛β细胞。然而胰岛供体不足的现实,严重制约了这种方法的临床使用。

如何源源不断地获得可供移植的胰岛β细胞呢?希望在于两种干细胞:胚胎干细胞可以定向分化成胰岛β细胞,但这种方法复杂且有一定的成瘤隐患;而利用成体干细胞在体外制备功能性类器官,安全性和简便性都要好得多。

曾艺团队在证明胰岛成体干细胞存在的基础上,进一步探索建立了小鼠胰岛类器官的培养体系。在这套新的培养体系中,每一个类器官都具有和胰岛中比例接近的各种分化细胞类型,是研究胰岛各类细胞的优良体外模型,也可以用于药物的体外筛选。

目前他们正在与上海的医院合作,继续在人体中寻找胰岛成体干细胞,并致力于在体外培养有功能的人胰岛β细胞。

这篇《细胞》论文,也是曾艺研究组踏足胰岛研究领域的开始。所有胰腺或胰岛的实验,对他们来说都是全新的。论文第一作者、生化与细胞所博士生王代松从文献里自学方法,或者向远亲近邻的各个实验室求教,出色地完成了科研任务。

“在此之前,我们研究组从未有过胰岛研究的背景,因此项目初始阶段,我们很难申请到经费,是所里经过内部讨论,决定支持我们的。”曾艺表示,这项工作很大程度上受益于生化与细胞所的“自主研发课题”。

由于一些创新性很强,甚至有一定失败风险的工作,在早期难以得到外界资助,生化与细胞所特别设立了自主研发课题,让这些工作在萌芽阶段就能得到支持,以此培育更多更好的原创性成果。

攀登卓越的阶梯

对创新的追求,一直渗透在细胞生物学国家重点实验室的血脉中。

这个实验室的前身是1997年成立的中国科学院分子细胞生物学重点实验室。多年来,这个中科院重点实验室产出了大量优质科研成果,曾有两项工作分别入选科技部2007年和2009年的“中国基础研究十大新闻”。

2006年,实验室作为“替补队员”参与全国“国重”评比,成绩优异;2011年获国家科技部立项批准成立国家重点实验室,2013年通过验收;在2016年的生物和医学领域国家重点实验室评估中,细胞生物学国家重点实验室一举获评“优秀”。

2007年回国的细胞生物学国家重点实验室主任李劲松,亲身经历了实验室从“院重”到“国重”的发展历程。但他说:“我感觉没什么变化。”

“因为我们一直享受国家重点实验室的待遇。”李劲松说,“在生化与细胞所,你从不会因为‘院重’还是‘国重’而受到区别对待。正是这样的态度,才能留住人才,才能发展起来。”

在李劲松看来,细胞生物学国家重点实验室的风格,就是生化与细胞所的风格,那就是“追求卓越”。

“不敢说我们的工作就是‘从0到1’,但是我们的确开创了许多以前没有的方向。”他说,“关键在于,我们未来能把这些方向做到什么规模。”

开创广阔的平台

李劲松本人是人造精子细胞技术的开创者之一,也是基因组标签计划的提出者。

2012年,李劲松研究组与分子生物学国家重点实验室的徐国良研究组合作,首次建立了孤雄单倍体胚胎干细胞,并证明这些细胞能够代替精子,使卵母细胞“受精”并产生半克隆小鼠。

但在当时,这种人造精子细胞产生后代小鼠的效率很低下。接下来几年,他们通过删除两个印记调控区域,得到了能够高效支持半克隆小鼠繁殖的人造精子细胞。

“我们用几年时间,把‘人造精子细胞’从一个概念,发展成一项可用技术。”李劲松说。

基于人造精子细胞技术的应用,他们进一步提出了“基因组标签计划”。

自2003年人类基因组计划完成后,超过2.2万个编码蛋白质的基因被揭示出来。然而受限于技术瓶颈,超过一半的蛋白质从未被研究过。

李劲松等人提出的宏大计划是:利用人造精子细胞技术,给所有蛋白质加上同一个标签,进而通过卵子注射获得全基因组超过2万个蛋白质的标签小鼠库,完成逾2万标签蛋白质的生理组织表达谱分析。

目前这一计划已先期获得中科院战略先导B和上海市科委项目的支持,并且成立了生化与细胞所基因组标签计划研发中心。预计该计划将在5至10年内完成基因组范围超过2万株的“人造精子细胞”库,并获得5000余个重要蛋白质标签小鼠,形成有国际影响力的实验动物研发平台。未来这项计划还可能用于寻找癌症治疗新靶点等,有望促进精准医疗的发展。

走向应用的天地

细胞生物学国家重点实验室是一个主打基础研究的科研机构。但这里的很多成果正在一步步走向应用,走向临床。

“这不是巧合。”生化与细胞所研究员杨巍维说,“我们实验室的两大研究方向——‘细胞行为与命运决定’‘干细胞与个体发育’,本身都容易与疾病挂钩。而对科研人员来说,基础研究做到一定程度,自然而然,就希望把自己的发现推向落地。”

杨巍维研究组关注的领域是“头号癌症杀手”——肺癌研究。传统手术及术后放化疗可以很好地控制原发肿瘤,但对发生转移的肿瘤往往束手无策。转移是肺癌死亡率居高不下的重要原因。

人们早已发现,肿瘤细胞往往表现出与正常细胞不同的代谢特征。杨巍维研究组从代谢角度入手,锁定了糖醛酸代谢通路中的一个小分子——尿苷二磷酸葡萄糖(UDP-Glc),发现它具备抑制肿瘤转移的功能。

由于UDP-Glc是人体正常组织中存在的内源性小分子,毒副作用相对较低,有望通过口服和静脉注射等方式起到干预肺癌转移的作用。

目前这项研究已经申请了诊断和治疗专利,相关试剂盒正在研发之中。

任何一项从基础走向应用的研究,都意味着持之以恒的深耕细作。这不仅需要科研人员沉心静气,也需要各方面的稳定支持。

“生化与细胞所在这方面很给力。”杨巍维说,“不管是资金支持还是考核制度,都让我们有充分的时间认识到自己想要做什么,鼓励我们做一些有更大影响力的工作。”

在生化与细胞所,每个新入所的研究员都有长达6年的稳定支持期。在这期间,除了定期汇报工作外,没有严格的考核指标。6年期满,才会根据科研人员的总体表现,判断其是否适合留在这里。

“我是2013年回来的,去年刚刚摘下‘免死金牌’。刚开始也有些忐忑,但我很快发现,经过单位6年的栽培,也经过自己和团队的历练,我们已经可以离开实验室的保护伞,在更广阔的天地搏击风雨了。”杨巍维说。

李劲松说过,在细胞生物学国家重点实验室,每个研究人员都有一种精神,就是把自己的工作做到深入、做到透彻。而实验室也在种种细微处呵护着这份精神。

在细胞生物学国家重点实验室的这种精神驱动下,想来还会有更多成果从基础走向应用,从细胞走向临床,从实验室走向大世界。

温暖·自由

结束了在美国的6年博士后生涯,高大明于2012年回到中科院生化与细胞所,成为一名研究员,独立建立了研究组。

当年他在这里硕博连读时,实验室还叫“中国科学院分子细胞生物学重点实验室”。当他再次回来时,这里刚刚换上了“细胞生物学国家重点实验室”的崭新牌子。

“那是一个充满感染力的时代。研究所蒸蒸日上,实验室生机勃勃。”高大明说。他当时有机会留在美国,但他深切地感到,长远来看,还是应该回到这里。

“我喜欢这里的文化积淀,也喜欢这里的工作氛围。再次看到帮助过自己的老师,看到熟悉的同事和朋友,那种感觉真好。”对高大明来说,这是一个充满归属感的地方——“一走进实验室的大楼,整个人都会放松下来。”

过去几年,高大明和所里的季红斌研究员合作揭示了小细胞肺癌转移的新机制;和复旦大学附属中山医院樊嘉院士等合作,开展了中国人群肝癌队列研究……每天都从事自己认为有意义的工作,他知道回来的决定是正确的。

不仅是高大明,几位科研人员都在采访中流露出对生化与细胞所、对细胞生物学国家重点实验室的深挚情感。

李劲松说:“你问我对什么最有感情?我对这里的科研人员最有感情,我们研究所和重点实验室人文气氛是非常团结的。”

曾艺说:“我2010年回来后,见证了细胞生物学国家重点实验室的每一次胜利。评估优秀、获批国重、完成验收……每一次庆功酒我都喝过,我是发自内心地感到骄傲和自豪!”

杨巍维说:“生化与细胞所和细胞生物学国家重点实验室对青年科研人才有很好的扶持策略,对创新研究工作有很大的宽容度,让我们能放心去做自己想做的事。”

高大明的一句话则格外耐人寻味:“与其说细胞生物学国家重点实验室做了哪些正确的事,倒不如说它没有做一些违反科学发展规律的事。顺应科学规律,尊重科学精神,就这么简简单单的,反而让每个人都能发挥自己的聪明才智。”

科研工作的特殊性,注定了它需要依托专业的科研机构,倚靠必要的科技平台,依赖良好的合作和顺畅的沟通。只有研究所和实验室能充分满足科研人员的这些需要,大家才会真正认同这里;只有科研人员发自内心地热爱这个机构和这个集体,研究所和实验室才能最大化地实现自己的价值。

细胞生物学国家重点实验室的故事让人们再一次看到,对一个科研机构来说,经费支持、设备平台等硬件固然重要,但文化氛围、精神面貌等“软实力”同样不容小觑。理想的实验室,或许就是既有家庭一般的温暖,也有蓝天一般的自由吧。(李晨阳)

细胞生物学国家重点实验室简介

细胞生物学国家重点实验室依托于中国科学院分子细胞科学卓越创新中心,2011年10月获国家科技部立项批准,2013年6月完成建设验收。

细胞生物学国家重点实验室以细胞活动的信号网络及作用机理为主要研究方向,以阐明细胞的增殖、分化、凋亡、运动等基本生命活动及其分子调节网络的组分、相互关系、调控机理,以及与疾病的关系。

细胞生物学国家重点实验室以成为国际一流的细胞生物学研究单元为目标,设置“细胞行为与命运决定”和“干细胞与个体发育”两个主题。第一主题侧重细胞活动的普遍规律及其与疾病的关系,第二主题则以干细胞为主要研究对象,针对干细胞的特殊性,揭示其在体外和体内发育过程中的活动规律,并探索其在组织工程、再生医学领域中的应用。

《中国科学报》 (2020-08-20 第4版 聚焦)
 
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