“四个一主义”

【每隔多久，可以只有一位研究生与老师合作实验科学的研究论文】

科学研究，特别是生命科学研究，在今天，经常有合作，有时有广泛合作。

独立研究

但是，独自一人做实验，做关键实验，也是可能的，而且实际经常可能。

所以，在全世界鼓励交流、肯定合作的同时，不能否认应该对于独立性很强的研究模式，也应该肯定。‍‍‍‍‍

最近一个例子，提示“四个一主义”：‍‍‍‍

一个学生、一个分子、一个机理、一个靶点

这不是骄傲，而是谦虚，因为还有“五个一主义”：

一个学生、一个分子、一个机理、一个靶点、一个药物

合作研究

合作，经常是很好的。‍‍‍

合作，时常也是有副作用的。例如，导致有些学生不动脑筋、不设计实验、不写文章（以上由老师做），也导致有些学生只会很窄的一点，实验室都分工，每个人成为专业技工。‍‍

有时几十人、几百人合作，是真合作、还是凑数？

在一个重要领域，在一个竞争激烈的领域，单独一人做一项研究，非常不容易。

GPCR的重要性‍

全世界大多数药物的靶点归于五大家族分子：GPCR、离子通道、蛋白激酶、核激素受体以及蛋白酶类。

人类有逾八百个G蛋白偶联受体（G protein coupled receptors, GPCRs），其中逾三百在嗅觉系统之外全身起重要作用。

GPCRs在药物学占独一无二的地位：美国药监局（FDA）批准的全部药物中，约35%的药物作用的靶分子是GPCR（Hauser et al., 2017; Sriram and Insel, 2018）。

寻找GPCR配体的困难‍‍‍

约一百三十多种GPCR是迄今美国药监局批准的药物中35%以上的靶标。但是，还有一百多种GPCR没有配体，所以其功能不明。找到所谓GPCR配体(“脱孤”)是全世界研究GPCR者最大的目标，也是全世界多个大药厂猛力追求所在。

虽然2000年之前，脱孤的速度达到过全球一年药厂共脱孤十个以上受体，但从2007年至今，全球所有药厂加起来每年脱孤一到两个GPCRs，包括有两年是零的记录(Laschet et al., 2018; Levoye and Jockers, 2008; Oh et al., 2006)。

中国脱孤GPCR的记录低

中国发现重大常见病靶点记录更低

胆汁及其来源的科学史‍‍

胆汁来源于肝脏，在科学史上经历了上千年。希波克拉底就提出胆汁来自肝脏。到Malpighi才证明，其后争论中，Glisson起了很好的作用。

中国古代对于胆汁的作用也有了解。

胆汁中的主要成分是胆汁酸。有些对人有治疗作用，有些有致病作用。‍‍

不同动物的胆汁酸成分有差异。‍‍

胆汁酸的分离纯化和结构确定‍‍‍‍‍‍‍‍

胆汁酸的化学成分，在19世纪经过分离纯化。‍‍‍‍‍‍

胆汁酸由胆固醇代谢而成。

英国科学大家伯纳尔（1901-1971）于1932年确立了维生素D的结构，促进了其他人，包括长期研究胆酸的德国科学家Heinrich Wieland（1877-1957）及其助手Elizabeth Dane在1932年、Rosenheim和King在1934年确定胆汁酸的分子结构。‍‍‍‍‍‍‍‍‍

急性胰腺炎的机理‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

急性胰腺炎（AP）是胃肠道住院的最主要原因之一。

急性胰腺炎的机理，早在1856年就由法国生理学家Claude Bernard（1813-1871）所提出：胆酸可以造成。

而1901年，美国的Eugene Opie（1873-1971）和William Halsted（1852-1922）提出总胆管反流造成急性胰腺炎，成为一百多年来的标准模型。

但是，胆汁酸返流为什么会导致急性胰腺炎，分子和细胞机理不明。

经过多年研究，发现胆汁酸作用于胰腺外分泌的腺泡细胞（acinar cells），引起其细胞浆的钙离子浓度增加，钙离子浓度过高导致腺泡细胞损害，释放酶等，最后细胞死亡。

胆汁酸的信号作用

传统上，认为胆汁酸只是凭其物理化学特性包埋食物、助脂肪消化。

1999年以来，发现胆汁酸可以起信号作用。其受体包括细胞核内的影响基因转录的所谓核受体。

2002年以来，发现胆汁酸可以作用于多个GPCRs。甚至有一个GPCR（称为TGR5或GPBAR1）被认为介导胆汁酸引起的急性胰腺炎。‍‍‍‍‍‍‍

但，支持最后一个说法的实验结果很弱。而且GPBAR1从序列上看，不应该是介导钙离子浓度升高的那种。

自振滔在做研究生期间，从质疑最后一个结果开始，自己专门寻找胰腺腺泡细胞里面存着的GPCRs，实验检测其中哪一种可以介导胆汁酸引起的钙离子浓度升高，由此发现GPR39可以在体外介导胆汁酸引起的钙离子浓度升高。在这一发现的基础上，他做了大量体内、体外实验，用了来源不同动物的GPR39，也通过基因敲入确定GPR39表达在胰腺腺泡细胞的细胞膜，通过基因敲除证明GPR39介导胆汁酸引起的急性胰腺炎，而GPBAR1的作用很小或没有。‍

整个研究由一个研究生一气呵成，其中不仅我实验室此前完全没有做过胰腺，相关知识和技术缺乏，有些需要到外地的实验室学习，而且也是我实验室第一个成功脱孤GPCR的例子。前面有人尝试脱孤，但有时是重复了以前结果，有时是意义非常不明确。‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

这样的研究生，独立性非常好。看上去一篇文章，实际不仅发现重要，而且基础扎实、经历面广，创造性远大于很多。

中间有没有困难？当然。分子的实验现在得心应手，而疾病的模型、动物实验，就是目前学生比较难学的。如果没有决心，很难坚持。自振滔专程去成都，到黄伟实验室跟黄伟和刘诗雨学习做小鼠胰腺炎模型。‍

三十年来，我实验室单独与老师发表过论文的有过：博士后刘国法、医学/哲学双博士学位学生Michael Ward。

我自己读研究生的第一篇论文也只有我和老师，没有其他人。但是，我那项研究从思路到具体技术都是实验室已有，有一段时间还有人手把手教我，所以实际没有给实验室带来新的，而且不是真正完全独立的研究。

需要合作的时候鼓励合作，不需要的时候鼓励独立。都是好事。

既然有一位研究生脱孤了一个GPCR，要不要再接再厉鼓励一位研究生再脱孤GPCRs，用一个实验室几年的记录超越世界几个大药厂（仅在为GPCRs脱孤这一研究领域）？

这篇文章意义有多大？需要时间检验。如果胆源性急性胰腺炎的治疗以后就是以此为基础发明药物得到有效治疗，它的意义就很大。如果以后发现有参与程度更大的分子，这篇文章不成为治疗的基础，意义就不那么大。

我们拭目以待。

Hauser AS, Attwood MM, Rask-Andersen M, Schioth HB and Gloriam DE (2017) Trends in GPCR drug discovery: new agents, targets and indications. Nat Rev Drug Discov 16:829-842.

Sriram K and Insel PA (2018) G protein-coupled receptors as targets for approved drugs: how many targets and how many drugs? Mol Pharmacol 93:251-258.

Davenport,AP, Alexander SP, Sharman JL, Pawson AJ, Benson HE, Monaghan AE, Liew WC, Mpamhanga CP, Bonner TI, Neubig RR, et al. (2013) International Union of Basic and Clinical Pharmacology. LXXXVIII. G protein-coupled receptor list: recommendations for new pairings with cognate ligands. Pharmacol Rev 65:967-986.

Foord SM, Bonner TI, Neubig RR, Rosser EM, Pin JP, Davenport AP, Spedding M and Harmar AJ (2005) International Union of Pharmacology. XLVI. G protein-coupled receptor list. Pharmacol Rev 57:279-288.

Rask-Andersen M, Masuran S and Schiöth HB (2014) The druggable genome: evaluation of drug targets in clinical trials suggests major shifts in molecular class and indication. AnnuRev Pharmacol Toxicol 54:9-26.

Sriram K and Insel PA (2018) G protein-coupled receptors as targets for approved drugs: how many targets and how many drugs? Mol Pharmacol 93:251-258.

Oh DY, Kim K, Kwon HB and Seong JY (2006) Cellular and molecular biology of orphan G protein-coupled receptors. International Review of Cytology 252:163-218 

Levoye A and Jockers R (2008) Alternative drug discovery approaches for orphan GPCRs. Drug Discovery Today 13:52-58

Laschet C, Dupuis N and Hanson J (2018) The G protein-coupled receptors deorphanizationlandscape. Biochemical Pharmacology 153:62-74

Bernard C (1856) Leçons de physiologie expérimentale appliquée à la médecine: Cours du semestre d'été. 2 (Baillière).

Opie EL (1901a) The etiology of acute hemorrhagic pancreatitis. Bull Johns Hopkins Hosp 12:182-185.

Opie EL (1901b) The relationship of cholelithiasis to  disease of the pancreas and fat necrosis. Am J Med Surg 12:27-40.

Halsted W (1901) I. Retrojection of bile into the pancreas: a cause of acute hemorrhagic pancreatitis Bull Johns Hopkins Hosp 12:179-182

Bernal JD (1932) Crystal structures of vitamin D and related compounds. Nature 129:277-278.

Wieland HW, Dane E (1932) Untersuchungen  über die Gallensäruren. XXXIX. Mitteilung. Zhr Kenntnis der 12-Oxycholansäure. Hoppe-Seyler’s Ztschf f Physiol Chem 210:268-281.

Rosenheim O, King H (1934) The chemistry of the sterols, bile acids, and other cyclic constituents of natural fats and oils. Annu Rev Biochem 3:87-110.

胆酸受体：

Makishima M, Okamoto AY, Repa JJ, et al (1999) Identification of a nuclear receptor for bile acids. Science 284:1362-1365.

Wang H, Chen J, Hollister K, Sowers LC, Forman BM (1999) Endogenous bile acids are ligands for the nuclear receptor FXR/BAR. Mol Cell 3:543-553.

Parks DJ, Blanchard SG, Bledsoe RK, Chandra G, Consler TG, Kliewer SA, Stimmel JB, Willson TM, Zavacki AM, Moore DD, et al. (1999) Bile acids: natural ligands for an orphan nuclear receptor. Science 284:1365-1368.

Song C, Hiipakka RA, Liao S (2000) Selective activation of liver X receptor alpha by 6alpha-hydroxy bile acids and analogs. Steroids 65:423-427.

Staudinger JL, Goodwin B, Jones SA, et al. (2001) The nuclear receptor PXR is a lithocholic acid sensor that protects against liver toxicity. Proc Natl Acad Sci 98:3369-3374.

Makishima M, Lu TT, Xie W, et al. (2002) Vitamin D receptor as an intestinal bile acid sensor. Science 296:1313-1316.

Maruyama T, Miyamoto Y, Nakamura T, Tamai Y, Okada H, Sugiyama E, Nakamura T,Itadani , Tanaka K （2002） Identification of membrane-type receptor for bile acids (M-BAR). Biochem Biophys Res Commun 298:714-719.

Kawamata Y, Fujii R, Hosoya M, et al. (2003) A G protein-coupled receptor responsive to bile acids. J Biol Chem 278:9435-9440. 

Yu H, Zhao T, Liu S, et al. (2019) Mrgprx4 is a novel bile acid receptor in cholestatic itch. Elife 8:e48431. 

Meixiong J, Vasavda C, Snyder SH and Dong X (2019) Mrgprx4 is a G protein-coupled receptor activated by bile acids that may contribute to cholestatic pruritus. Proc Natl Acad Sci 116:10525-10530.