顔寧的研究到底是什麽？竟和美猴王有關 無限縮小

來源：國家地理中文網 

昨天壹則“著名科學家顔寧辭去美國教職毅然回國。”的新聞刷了屏。顔寧是誰我們就不多說了，大家壹起來討論下顔寧的專業到底是什麽。

【顔寧的研究到底是什麽？竟和美猴王有關 無限縮小】
顔寧在初中接觸到了細胞的知識，也喜歡上了孫悟空，她的念頭是“他七十二變，他可以無限地縮小，他如果小到像壹個分子大小，他如果進入我們的細胞，他會看到壹個什麽樣的世界？”https://t.co/ENr7KyinK4 pic.twitter.com/J3ME3Fz2EY

— TimedNews.com （@TimednewsC） November 4, 2022

很多中國人在初中就看過西遊記，顔寧說：“美猴王的特異功能七十二變，我不知道妳們想變成什麽。”

顔寧在初中接觸到了細胞的知識，也喜歡上了孫悟空，她的念頭是“他七十二變，他可以無限地縮小，他如果小到像壹個分子大小，他如果進入我們的細胞，他會看到壹個什麽樣的世界？”

這顆種子帶着顔寧走進了壹生的職業：結構生物學家。那麽什麽是結構生物學？

結構生物學是分子生物學、生物化學和生物物理學的分支學科，其研究涉及生物大分子（如蛋白質的分子和核酸的分子）的叁級結構（包括構架和形態）。

包括生物大分子如何獲得它們的結構、它們的結構改變如何影響其功能。

生物學家對該主題非常感興趣，因爲大分子實現了細胞的大多數功能，併且隻有通過捲繞成特定的叁維形狀才能實現這些功能。

這個主題跟人體與健康息息相關。

“結構生物學就是打開人類去觀測分子世界的眼睛。”顔寧說。“蛋白質它壹方面是高能量，提供營養，但最重要的是它支撐起了我們的生命活動，支撐我們的生老病死。”

“如果這些蛋白質產生了異常，比如說該有它沒有；或者本來需要很大量，但它的量非常少；又或者它本不該在這個地方出現，但它出現了，會造成什麽後果？其實我們的疾病很多時候就是與它們的功能失常或者是表達失常有關。”

SARS-CoV-2的尖峰蛋白使病毒能夠闖入細胞，它是壹個變形者。通過讓它靜止不動，科學家發現了快速製造冠狀病毒疫苗的壹個關鍵。該圖像是通過低溫電子顯微鏡獲得的假彩色電子密度圖。IMAGE BY DANIEL WRAPP, UNIVERSITY OF TEXAS AT AUSTIN。

由於生物大分子的直徑壹般爲數個納米到數百個納米，即使用最先進的光學顯微鏡也因爲太小而無法進行觀測。因此結構生物學家的突破，和發展各種新方法去精確觀測和研究生物大分子的結構密不可分。

從1964年開始，結構生物家對分子結構的研究共奪得11次諾貝爾化學獎，1次諾貝爾生理學和醫學獎，絕對是這兩個獎的大戶。

顔寧在學術生涯中總計發表了過五十篇分子結構及研究方法上的論文，獲獎無數，讓我們來看看她最重要的壹項學術成果。

2014年在清華期間，她帶領團隊首次解析了人源葡萄糖轉運蛋白GLUT1的叁維晶體結構。

該成果在《自然》雜志上發表後，立刻受到國際學術界盛讚， “具有裏程碑意義”。

2012年諾貝爾化學獎得主Brian Kobilka評價：要針對人類疾病開發藥物，獲得人源轉運蛋白結構至關重要。對於GLUT1的結構解析本身是極富挑戰、極具風險的工作，因此這是壹項偉大的成就。

美國科學院院士、膜轉運蛋白研究專家Ronald Kaback則表示：這是50年以來的壹項重大成就。

葡萄糖是地球上各種生物最重要、最基本的能量來源，也是人腦和神經係統最主要的供能物質。據估算，大腦平均每天消耗約120克葡萄糖，佔人體葡萄糖總消耗量的壹半以上。

葡萄糖代謝的第壹步就是進入細胞，但親水的葡萄糖溶於水，而疏水的細胞膜就像壹層油，因此，葡萄糖自身無法穿過細胞膜進入到細胞內發揮作用，必須依靠轉運蛋白這個“運輸機器”來完成。

葡萄糖轉運蛋白鑲嵌於細胞膜上，如同在疏水的細胞膜上開了壹扇壹扇的門，能夠將葡萄糖從細胞外轉運到細胞內。

GLUT1幾乎存在於人體每壹個細胞中，是大腦、神經係統、肌肉等組織器官中最重要的葡萄糖轉運蛋白，對於維持人的正常生理功能極爲重要。

其功能異常對人體健康的影響體現在兩個方面。

壹方面，GLUT1功能完全缺失將緻死，功能部分缺失會使細胞對葡萄糖吸收不足而導緻大腦萎縮、智力低下、發育遲緩、癫痫等係列疾病，同時也會因葡萄糖不能及時爲人體利用消耗而導緻血糖濃度的異常升高。

另壹方面，GLUT1在癌細胞的新陳代謝過程中也發揮着重要功能。癌細胞需要消耗超量葡萄糖才能維持其生長擴增，GLUT1在細胞中顯著過量往往意味着有癌變發生。

因此，如能研究清楚GLUT1的組成、結構和工作機理，就有可能通過調控它實現葡萄糖轉運的人工幹預，既可以增加正常細胞內葡萄糖供應達到治療相關疾病的目的，又可以通過阻斷對癌細胞的葡萄糖供應從而“餓死癌細胞”。

當然顔寧對媒體採用的“餓死癌細胞”這個說法多次糾正，因爲這遠不像看上去那麽簡單粗暴。

在位於巴西巴西利亞的EMBRAPA遺傳資源和生物技術公司的生物基因實驗室，農業研究人員專注於開發具有有用性狀的強化生殖細胞係。PHOTOGRAPH BY DORNITH DOHERTY。

人類對葡萄糖跨膜轉運的研究已有約100年的曆史。1977年第壹次從紅細胞裏分離出了轉運葡萄糖的蛋白質GLUT1，在1985年鑑定出GLUT1的基因序列。

在此之後，獲取GLUT1的叁維結構從而真正認識其轉運機理就成爲該領域最前沿、也最困難的研究熱點。

2014年前幾十年，美國、日本、德國、英國等國的世界諸多頂尖實驗室都曾經或正在爲此全力攻關，但始終未能成功。

2017年4月，顔寧離開待了10年的清華大學，成爲普林斯頓大學分子生物學係首位雪莉·蒂爾曼終身講席教授。

今天，她終於又做出壹次重要的人生選擇，回到深圳醫學院擔任出任深圳醫學科學院創始院長。

《深圳醫學科學院建設方案》中寫道：“到2025年。。。針對重點人群和重大疾病的防治技術獲得階段性突破，醫學科技創新能力得到提升。。。力爭到本世紀中葉成爲全球著名醫學研究機構。。。”

顔寧說：“我們做的是非常有趣的研究，就是把大家日常生活中的‘想當然’不斷不斷深入挖掘下去，或者說我們總是想找出它的分子基礎，找出它的物質基礎，這就是科學家的世界，而且這個世界其實很美妙。。。越研究越對生命感到好奇，越研究越有壹種謙卑感。”

祝顔寧永遠是那個越變越小的美猴王。