和美猴王有关，颜宁的研究到底是什么？ I 科技

讲课中的颜宁。图源：氧分子网。请点击观看高清大图。

很多中国人在初中就看过西游记，颜宁说：“美猴王的特异功能七十二变，我不知道你们想变成什么。”

颜宁在初中接触到了细胞的知识，也喜欢上了孙悟空，她的念头是“他七十二变，他可以无限地缩小，他如果小到像一个分子大小，他如果进入我们的细胞，他会看到一个什么样的世界？”

这颗种子带着颜宁走进了一生的职业：结构生物学家。那么什么是结构生物学？

结构生物学是分子生物学、生物化学和生物物理学的分支学科，其研究涉及生物大分子（如蛋白质的分子和核酸的分子）的三级结构（包括构架和形态）。

包括生物大分子如何获得它们的结构、它们的结构改变如何影响其功能。

生物学家对该主题非常感兴趣，因为大分子实现了细胞的大多数功能，并且只有通过卷绕成特定的三维形状才能实现这些功能。

这个主题跟人体与健康息息相关。

“结构生物学就是打开人类去观测分子世界的眼睛。”颜宁说。“蛋白质它一方面是高能量，提供营养，但最重要的是它支撑起了我们的生命活动，支撑我们的生老病死。”

“如果这些蛋白质产生了异常，比如说该有它没有；或者本来需要很大量，但它的量非常少；又或者它本不该在这个地方出现，但它出现了，会造成什么后果？其实我们的疾病很多时候就是与它们的功能失常或者是表达失常有关。”

由于生物大分子的直径一般为数个纳米到数百个纳米，即使用最先进的光学显微镜也因为太小而无法进行观测。因此结构生物学家的突破，和发展各种新方法去精确观测和研究生物大分子的结构密不可分。

从1964年开始，结构生物家对分子结构的研究共夺得11次诺贝尔化学奖，1次诺贝尔生理学和医学奖，绝对是这两个奖的大户。

颜宁在学术生涯中总计发表了过五十篇分子结构及研究方法上的论文，获奖无数，让我们来看看她最重要的一项学术成果。

2014年在清华期间，她带领团队首次解析了人源葡萄糖转运蛋白GLUT1的三维晶体结构。

该成果在《自然》杂志上发表后，立刻受到国际学术界盛赞， “具有里程碑意义”。

2012年诺贝尔化学奖得主Brian Kobilka评价：要针对人类疾病开发药物，获得人源转运蛋白结构至关重要。对于GLUT1的结构解析本身是极富挑战、极具风险的工作，因此这是一项伟大的成就。

美国科学院院士、膜转运蛋白研究专家Ronald Kaback则表示：这是50年以来的一项重大成就。

葡萄糖是地球上各种生物最重要、最基本的能量来源，也是人脑和神经系统最主要的供能物质。据估算，大脑平均每天消耗约120克葡萄糖，占人体葡萄糖总消耗量的一半以上。

葡萄糖代谢的第一步就是进入细胞，但亲水的葡萄糖溶于水，而疏水的细胞膜就像一层油，因此，葡萄糖自身无法穿过细胞膜进入到细胞内发挥作用，必须依靠转运蛋白这个“运输机器”来完成。

葡萄糖转运蛋白镶嵌于细胞膜上，如同在疏水的细胞膜上开了一扇一扇的门，能够将葡萄糖从细胞外转运到细胞内。

GLUT1几乎存在于人体每一个细胞中，是大脑、神经系统、肌肉等组织器官中最重要的葡萄糖转运蛋白，对于维持人的正常生理功能极为重要。

其功能异常对人体健康的影响体现在两个方面。

一方面，GLUT1功能完全缺失将致死，功能部分缺失会使细胞对葡萄糖吸收不足而导致大脑萎缩、智力低下、发育迟缓、癫痫等系列疾病，同时也会因葡萄糖不能及时为人体利用消耗而导致血糖浓度的异常升高。

另一方面，GLUT1在癌细胞的新陈代谢过程中也发挥着重要功能。癌细胞需要消耗超量葡萄糖才能维持其生长扩增，GLUT1在细胞中显著过量往往意味着有癌变发生。

因此，如能研究清楚GLUT1的组成、结构和工作机理，就有可能通过调控它实现葡萄糖转运的人工干预，既可以增加正常细胞内葡萄糖供应达到治疗相关疾病的目的，又可以通过阻断对癌细胞的葡萄糖供应从而“饿死癌细胞”。

当然颜宁对媒体采用的“饿死癌细胞”这个说法多次纠正，因为这远不像看上去那么简单粗暴。

人类对葡萄糖跨膜转运的研究已有约100年的历史。1977年第一次从红细胞里分离出了转运葡萄糖的蛋白质GLUT1，在1985年鉴定出GLUT1的基因序列。

在此之后，获取GLUT1的三维结构从而真正认识其转运机理就成为该领域最前沿、也最困难的研究热点。

2014年前几十年，美国、日本、德国、英国等国的世界诸多顶尖实验室都曾经或正在为此全力攻关，但始终未能成功。

2017年4月，颜宁离开待了10年的清华大学，成为普林斯顿大学分子生物学系首位雪莉·蒂尔曼终身讲席教授。

今天，她终于又做出一次重要的人生选择，回到深圳医学院担任出任深圳医学科学院创始院长。

《深圳医学科学院建设方案》中写道：“到2025年。。。针对重点人群和重大疾病的防治技术获得阶段性突破，医学科技创新能力得到提升。。。力争到本世纪中叶成为全球著名医学研究机构。。。”

颜宁说：“我们做的是非常有趣的研究，就是把大家日常生活中的‘想当然’不断不断深入挖掘下去，或者说我们总是想找出它的分子基础，找出它的物质基础，这就是科学家的世界，而且这个世界其实很美妙。。。越研究越对生命感到好奇，越研究越有一种谦卑感。”

祝颜宁永远是那个越变越小的美猴王。

作者：框舅 I 编辑：框舅 I 排版：框舅

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