李文辉最近获得2022年未来科学大奖生命科学奖。图为李文辉在北京生命科学研究所门口。| 陈晓雪/摄
因发现乙型肝炎病毒和丁型肝炎病毒感染人类肝细胞的关键受体NTCP，8月21日，北京生命科学研究所资深研究员李文辉获得2022年未来科学大奖之生命科学奖。
在与《知识分子》的对话中，李文辉回顾了2003年做博士后期间发现SARS病毒受体的幸运时刻，寻找NTCP时的信念，并分享了自己对于科研品味的思考。 ● ● ●
李文辉，北京生命科学研究所资深研究员，清华大学生物医学交叉研究院教授。
2011年年底，北京生命科学研究所（NIBS），李文辉和实验室的助手及同学们在一起忙碌着，一直到深夜。从哈佛回国后，李文辉一直在和团队尝试寻找乙肝病毒（HBV）在人体细胞的受体。乙肝病毒发现已经超过40年了，感染人数超过2.5亿，其导致的肝硬化和肝癌在中国每年夺走30万人的生命，如果能找到乙肝病毒究竟进入人体肝脏细胞的受体，将有助于开发更有效的药物来对付乙肝。但是，乙肝病毒到底与哪个蛋白结合，李文辉团队都研究四年了，仍然没有确定答案，一篇相关论文还没有发表。乙肝病毒受体真的存在吗？大家在忙碌之余，也产生了疑问。李文辉鼓励同学们，即使没有论文发表，大家在探索的过程中也是有收获的。他坚信，这个受体肯定存在，只是现在还没有被他们捕捉到。2012年11月，41岁的李文辉带领由严欢、钟国才等组成的年轻团队和合作者终于在刚刚创立的学术期刊Elife上展示了他们花费五年的研究结果：一种叫做钠离子-牛磺胆酸共转运蛋白（NTCP）的分子是乙型肝炎病毒和丁型肝炎病毒感染人类肝细胞的关键受体。这篇论文一上线，就被认为是乙肝研究领域的巨大进步，将对病毒性肝炎的基础与临床研究都将产生深远的影响。2022年8月21日，李文辉再次凭借这一发现摘得2022年未来科学大奖之生命科学奖。“这一发现是乙肝病毒研究领域30年来里程碑式的突破，揭示了乙型和丁型肝炎病毒感染的分子机理，有助于开发更有效的治疗乙型和丁型肝炎的药物。” 颁奖词这样写道。图1 NTCP 表达的调节 | 图源：frontiersin.org
回忆起在寻找乙肝病毒受体的路上为何如此坚定，李文辉表示，我们已有的科学数据和前期同行的研究已经提供了坚实基础，“它应该有高度特异性和高亲和力的受体，这些我看来是很自然的。”另外，他所在的北京生命科学研究所对于科研人员探索真问题的支持也不可或缺。“这一点，我觉得NIBS的大家都很幸运，不管是王所（王晓东）还是上面，都支持大家踏实做卓越的研究。” 他表示。如果未能在实验室评估前找到NTCP，怎么办？对于这一假设，李文辉表示，他不是那种先把退路想好的人。“反正把时间一样的花了。想做啥就好好去做，谋事在人成事在天。”不过，李文辉并不满足于发现NTCP这一受体，他认为这只是解决了别人提出的一个问题。他希望未来在乙肝和病毒学前沿领域，能够更进一步，提出问题，提出新的概念和解释。“这个更让我们感觉到智力上的自由。这就像你脑子里有个大片，它大概是怎么样发生的，整个过程中应该会发生什么事情，如何去看待和分析，产生一些新的概念。” 李文辉说。在新冠疫情中摘得未来科学大奖的李文辉，最近在忙的一件事，是设计和开发了基于新冠病毒（SARS-Cov2）宿主受体ACE2的一款新药，目前，该药正处于二期临床试验阶段。巧的是，2003年非典（SARS）暴发时，在哈佛做博士后的李文辉和博后导师迈克·法赞等首先发现了SARS病毒的受体为ACE2。李文辉说，因为17年后冠状病毒再次流行，他和团队决心研发一款广谱的新冠药物，希望其能够未来一段时间内也能对付新变种。“只要新冠病毒还和ACE2受体结合，所以在未来的一段时间里面，它应该还是能够抵得住新冠病毒，尤其是对真正需要的人。”在与《知识分子》的对话中，李文辉回顾了2003年做博士后期间发现SARS病毒受体的幸运时刻，寻找NTCP时的信念，并分享了自己对于科研品味的思考。以下为《知识分子》与李文辉的对话。知识分子：2003年，SARS病毒进入人体细胞的受体ACE2，原来是你和导师在哈佛一起找到的。李文辉：对于ACE2的发现，我们确实挺自豪的，另外，当时的一些基本框架到现在都还适用，比如和ACE2结合的所谓的 receptor binding domain（受体结合域RBD），这一概念是我们当时依据生化研究和结构分析定义的。我们原来是在做HIV和HIV疫苗。2003年，SARS来了以后，在国内挺严重的，我就去找博后导师迈克·法赞（Michael Farzan），说，迈克，这好像看起来是个挺重要的病原，咱是不是要做点啥, 找出受体？他蛮支持的，后来我才跨到了这个行业上，研究SARS病毒。知识分子：2020年的新型冠状病毒（SARS-CoV2）的受体，发现也是ACE2。李文辉：有点难以置信！2020年新冠来了以后，我和我太太隋建华看了半天，真是难以置信，冠状病毒又来了。隋老师（注：2003年时，隋建华在哈佛做博士后研究）是全世界第一个做出SARS抗体的人。但因为，一是病毒很快就突变了，二是SARS后来消失了，这个抗体就没继续研发。
图2 隋建华和李文辉合照 | 受访者供图
新冠病毒和SARS病毒相比，发现的时候已经容易人传人了，而SARS病毒刚开始感染人是很差的。新冠病毒一旦受到选择压力，一定会变的，如果要做一个广谱的药物，需要很好的一些设计。我们用截短的ACE2分子设计出了一个广谱抗新冠的药物HH-120，能够雾化和鼻喷，正在做临床试验。现在看结果还不错，它可以挡住新冠病毒，要是感染完以后，（病毒）清零的速度也快。这个药物的设计，使得它能够更优先地和病毒结合，也就直接能把病毒给挡住，不管病毒怎么变化，只要还结合宿主细胞的ACE2，分子就都是有效的。另外，它还有带一个抗体的Fc区域，可以借助免疫效应把表达S蛋白的细胞清除掉。知识分子：你们做的时候，有没有想过新冠病毒的危害会越来越小、越来越弱？李文辉：这个事情都在我们脑子里面都过无数遍了。我曾经给陈吉宁市长说，希望我们HH-120用不上，但是如果需要用上的时候，我们一定是顶得上的。这也是我们刚开始就定的基调。如果以后新冠病毒变得像流感一样，这些药物还是有用的，就像感冒药一样。知识分子：你们最初找乙肝病毒受体时，有四年没有找到NTCP受体，但你就特别坚信它存在。这一判断是怎么产生的？当时为什么就会认为它一定存在？李文辉：因为它的基本规律在那儿，概念上讲并不是全新的，所以我认为NTCP的发现还不是最高水准的科学发现。它的基本规律是，如果没有一个特定受体，病毒的感染不会如此高效的发生。有些病毒有受体，但不特异，但肯定会有，因为它需要与细胞结合。有些受体是糖，有些受体是蛋白。乙肝病毒我们前期也做了一些文献调研和实验研究，糖是重要的，但不够，因为它的亲和力和特异性都不足，一系列的科学数据已经证明，应该有高度特异和高亲和力的受体，这些我看来是很自然的。说到发现NTCP，我觉得它是解决了一个问题，但是科学的问题本身，不是我们提出来的，就是说我们找着了这个东西，回答了这个问题。现在我们做的工作，则是在提出问题，这个更让我们感觉到思想的自由。这就像你脑子里有个大片，它大概是怎么样发生的，整个过程中应该会发生什么事情，你如何去分析，这些需要建立新的概念，从根本上都是新的。知识分子：是否可以理解，发现NTCP科研更像是定向越野，现在你们在根据已有的发现，建立自己的游戏规则？李文辉：我觉得科学就像是攀登，去攀到山峰上。有些科学，你就知道是田径跑800米和3000米，目标很清楚，但我们不跑，我们希望至少是个登山，你不知道会看到什么，但这是我们希望做的。说老实话，这也是比较奢侈的，因为你不需要赶紧发表，你需要去沉思这些事情，必须把它理顺。不管是在NIBS，还是在原来的这些地方，真正在智力的前沿上面去思考新的概念、新的路径、新的问题，你提的问题不一定完全对，就像我刚才说的，大片也不一定真的是那么回事，但至少的话，你已经超出了领域里面绝大部分科学家在思考的问题。除了具体的这些问题以外，你还在想下一步它是不是有普遍的规律。我开玩笑说，如果我们要把这些基本的问题搞清楚了，是不是真的在病毒学领域有个青霉素一样的发现。做科学研究，首先当然是认识世界，其次这个过程中有什么关键的节点，可能对很多病毒都有效，对于改造世界、研发出新的药物有帮助，这就很有意思。李文辉：我们做了个抗体分子来阻断乙肝病毒包膜蛋白和人体细胞NTCP的结合，补上目前治疗所缺乏的关键短板，配合已有药物，彻底打破病毒的长期感染状态。我们认为朝这个方向走，乙肝有可能可以能够实现所谓的临床治愈。知识分子：你回国后决定寻找乙肝病毒的受体，这是个很难的问题，但你很坚定地要去研究这个问题。为什么会如此坚定？NIBS的所长王晓东也一直在支持你？李文辉：王晓东对每个人都挺支持的。这一点，我觉得NIBS的大家都很幸运。不管是王所还是上面，都支持这个事情。我其实也想过，如果做不出来，做点其他事不也一样吗？我做啥事都可以啊。如果最后我够不上NIBS的要求，我再去找个地方，也不一定非要做乙肝。但是，我觉得先想退路肯定是不对的，想做啥，就好好去做了，谋事在人成事在天。要是早早想好退路，没有什么意思，反正把时间一样的花了，对吧？就像我们后来基于受体ACE2做新冠病毒药物，这个药物分子太大，到不了肺，但是从血液里面进来又不行，就只能考虑雾化。雾化的话，我给王所和我们团队说，成功的可能性只有5%，因为从来没有人做成过这么大的雾化分子，挑战还是挺大的。但是你总得试一下。隋建华很支持。王所也说，你试一下，试一下，反正我们也不用抱太大希望。我自己其实也没有抱那么大希望。但是团队一试以后发现了，雾化出来的是理想的粒径的分布，很神奇。知识分子：所以刚开始你们并不认为自己会成功，毕竟这个药物分子太大，理论上不适合雾化。李文辉：我觉得这就是所谓的 “实践是检验真理的唯一标准”，真的是。就过往经验重要也不重要。过往经验，只能是你的拐杖，但一定是你的腿在走，不是拐杖在走，这一点非常重要。很多人希望拐杖带着你走，但实际上，拐杖不会带着你走的，只有你这腿往前走，才真正能够带动领域往前走。我觉得我们还是比较幸运。做了以后，居然成了。现在想想，做乙肝研究其实也是这样子的，乙肝我们如果要是不用树鼩做，我们的路会难不少。李文辉：我们刚开始做乙肝病毒研究室时，法国一家机构有可以感染乙肝病毒的细胞系，但没卖给我们，人的肝我们又拿不到。一翻资料，树鼩有科学家做过，我们刚开始看到是德国科学家的资料，他们正式发表了论文，后来才追到了国内云南的科学家，医科院的老师们他们很早以前就做过乙肝病毒感染树鼩实验。然后我们就拿树鼩的细胞做了。树鼩细胞做了以后，在NTCP的发现里面，有个关键的地方，我觉得就是老天帮忙，就是我们需要有一个指纹图谱，在所谓的质谱鉴定里需要一个确定的信号，树鼩的NTCP和其他其他物种，包括人的NTCP都不一样，树鼩里面NTCP的信号很独特，它的指纹图谱是非常唯一的和确定的，质谱鉴定的结果就明确指向了NTCP。后来我说我们真的是很幸运，拿树鼩来寻找乙肝病毒受体，前面的实验，我们费了点功夫，但是关键的时候，它是如此之清楚，真的帮了我们大忙。李文辉：我觉得从基础研究的角度，HBV是非常好的一个模式病毒。图3 电子显微镜下的乙肝病毒 | 图源：wikipedia
李文辉：模式病毒是什么？模式病毒能够带领你来探索病毒学，甚至细胞生物学一些非常基本的机制和规律。很多人可能原来都没有想过，一个病毒，如乙肝的基因组大小和人的细胞核基因组之比可以达到1:100万倍。这个尺度是什么意思呢？相当于一个1.2米的小孩站在了地球上，因为地球直径是12,000公里，对于1米2，正好也是100万比1。过去几年，我们在问的一个问题，一个病毒为何能影响全世界如此之大？你能想象一个小孩把整个地球搞得天翻地覆吗？我们现在大概知道乙肝病毒并不是完全随机的，它在细胞中增殖，其实是利用细胞，经过了多种步骤的前期准备和演化，然后在不同的时间和不同的地方发生了不同的事情。它一旦准备好的时候，就会以很高的效率增殖。但是，这个过程中的一些问题目前还没有搞清楚。李文辉：之前也有人提出模式病毒的说法。在我们看来，从一个病毒身上，能够问的问题很多，都很基本，这些问题对于其他的病毒的感染也许会有启发，对认识宿主细胞本身也会有启发。研究乙肝病毒，要知道它不光是作为一个重要的病原，在基础的生物学上，它有什么特点，先要搞清楚生物学上它是啥，再去搞清楚它为什么会致病。乙肝病毒刚开始的时候可能也是会变的，因为从动物里面看到的乙肝病毒和人体的乙肝病毒差别很大，从动物到人，或者从最早的动物到最早的人类里面，有个进化的过程。但科学家们从8000多年前人的遗骸的牙齿里面，做核酸扩增，拼接起来的乙肝病毒和现在是一样的，NTCP结合的位点都是一样的，这就说明在近万年前，乙肝病毒已经相当稳定，就像我刚才说的机制，像外星人入侵，建立它的殖民地，能够复制，能够生存、传播的这套机制已经相当的成熟了，不然的话它不可能稳定的。其实不光是乙肝病毒本身，可能很多病毒都是这样子的：病毒进来相当低调，选择特定的路径，落脚合适的地方，掩人耳目地生长，躲开细胞的监视系统，不让它们看到，但是最终，它长大以后，自己表达一些蛋白，压制甚至主动把细胞里面的防御系统灭掉，最后难以被控制。整个过程在分子层面，需要有人透彻地来研究这个问题。这就是做基础科研特别有意思的地方，我们会想这些事情，脑子里面就会想，一个病毒到一个细胞里面，真的就是外星人到地球上来。知识分子：感染了乙肝病毒，人们会得乙肝，但并非所有人都会最终发展成肝癌。癌症就是肿瘤细胞不受控制地增殖。那么，从感染乙肝病毒到肝癌，是怎么发生的？肝实质细胞是肝脏的主要功能细胞，大约有10的11次方个细胞，只要有一个无限制增殖起来，系统不能控制它的时候，最后就会发展为肝癌。问题是，这一个细胞是怎么产生的？这个问题也还没有完全解决，人们猜测，可能在感染的时候，人体细胞整合了乙肝病毒的基因，而这个细胞没有被及时发现，整合的位置又特别重要，然后它慢慢的就长大了，这是现在大家考虑的一个可能。还有一些其他的因素，比如黄曲毒素的摄入也容易导致肝癌。但导致中国肝癌高发的主要因素还是感染HBV，还有一些外界环境的影响，这些因素有时候会叠加起来。知识分子：你在研究中有没有进入到死胡同的时候？解决办法会是什么？李文辉：如果我们进入了死胡同，我们通常会再创造一种新的方式来做这个东西。在研究中遇到问题，寻找和创造新的工具和方法，是我们的一个特点，我觉得我们应该坚持这一点。很多时候，领域里面有啥，大家都去做什么，因为条件成熟，但是这样做不一定对。我们需要想我们提出的问题是什么，想要解决的问题是什么？现有的工具是什么？现有的工具不能解决的事情该怎么处理？是不是需要我们自己创造工具，创造方法，然后再往前走？我们其实是这种思路。知识分子：2003年当时做SARS病毒的时候，你们好像也用了一些新的技术？李文辉：我觉得每个事情总有它的必然性和偶然性。SARS的时候，当时需要尽快去找受体，我们就想着用最直接的办法的去做。怎么去做？生化的办法可能是最快的，但当时并不是最成熟的办法。成熟的办法，我们也快快（在脑子里）过了一遍，满足不了我们的希望。要用生化的办法去做这个事情，有几个前提条件，那时候人类基因组计划完成了，要拿到大量的刺突蛋白做实验。但是要表达刺突蛋白，你需要拿到它的基因做克隆，但是波士顿没有。最早发表刺突蛋白克隆的是香港和加拿大英属哥伦比亚的两家机构，他们说可以给克隆，但是得一段时间之后，还要几千美元。我听了之后给迈克说，这要是等了几个月以后是不是就晚了，疫情这么急。所以，我们当时就采用了人工合成刺突基因。有两种办法，一种是按照天然的序列，重新做一个人工序列和它一样就行了；还有一种办法，做密码子优化，就是按照天然氨基酸序列，但把它的基因密码子三连体优化一下，优化成一个你需要的体系里面表达效率最高的DNA序列。我们采取的是后面这种密码子优化的方法。迈克当时通过写计算机程序，产生出我们需要的可能重组DNA序列，然后我来看那些序列有没有缺陷，哪些可以用，我们俩就来回前后这么对，设计了一个序列。把序列送出去，拿到了材料，很快就合成出来了。当时竞争也蛮激烈的，简单的路是直接拷贝天然DNA序列，但我们走了一条有些困难但正确的路，后来居上，很快的就拿到了刺突蛋白。这个技术现在是常用的，每个实验室都在用，但是20年前，我们就开始在SARS上用了，那时候挺超前的。拿到 刺突蛋白后，就可以做很多实验了。这个很关键，因为很多人用了原始的病毒序列，放在细胞里面转染，表达不出病毒蛋白。李文辉：这个也是巧了，后来我们才意识到为什么病毒天然的基因不能表达，因为SARS病毒的RNA本身是在细胞质里头，而质粒转染是要到细胞核里头，天然病毒基因如果直接转到细胞核里面，病毒RNA加工转运等步骤可能会有问题，如果没有经过优化的，是不表达的。但我们把它优化了以后，就解决了这个问题。我们最后说，我们虽然费了点钱费了点劲，但是我们一下跑到前面了。李文辉：我们原来没想到会是如此大的差距。我们刚开始想的是让他们寄过来，还得三四周，还得好几千美元，不如自己做了。自己把这个东西优化，想做成什么样就什么样。结果后来就发现我们幸亏没有走大部分人的那条路，要走那条路，和其他人一样，就做不了。知识分子：你是做基础科学研究的，现在也做药物开发，这两个行业对于人的能力要求有不同吗？横跨两个行业，有什么样的体会？李文辉：我是学医的，医学院毕业的，但是我学的是预防医学，预防医学和我现在做的两个方向都不太沾边，但是它更靠近医学。我觉得在思想方法上，基础科学和临床药物研发或者做医生，是有共通之处的，第一是基于事实的，第二，一定是有逻辑的。不太一样的是，基础科学讲求的深度和精度，看的是最长的一支箭或一支矛，能够插到的深度，也就是基础科学的边界。做医生或者是开发药物，对全面性更为看重，也就是一个木桶，最差的部分决定了这个桶里面装水的容量。如果能够很好地切换这两种能力，应该是最好的。但很多时候，纯粹做基础科学的人不太理解做应用科学的木桶效应。做应用研究的，总觉得基础科学的想法离现实太远，用不上。我们比较幸运的是，我们有具体的科学问题，比如说像乙肝这样的问题，会把临床的需要和基础科学研究结合起来，在同一个问题上，相向而行，对双方都会有帮助。知识分子：现在大家都在讨论基础科学如何更好地去转化。没有很好的转化，问题出在哪儿？要么临床的人能够往下走，认识到基础的问题，临床上没有解决的短板本质上到底是啥，能把这个事情得说清楚；要么基础的人，再往后走，知道基础科学能够给临床支撑的最大点或程度在哪儿。现在接不上，很多时候是因为两头都做得不够好。李文辉 ：一个是研究的不够深入，另一个是临床的问题没有梳理清楚。医生要把临床问题梳理得很清楚，比如治疗中关键的难点和重点，这些东西后面所面临的具体科学问题需要分析和清晰地界定出来。基础科学要去提供引导和支撑，首先也要了解临床中的问题，把实际问题搞清楚，把解决问题的具体思路和方法清楚地梳理出来。好的对接解决一半的问题，现在的问题是大家两头都不太好对上。知识分子：你好像已经实现了很多科学家的梦想，做出了重要的发现，还能够把它应用于临床，去验证是否能够治病。李文辉：我觉得确实比较幸运，这也真的是大家支持，我们周围有一帮挺不错的同事，我太太隋建华也挺支持的，因为没有她的支持和帮助，我肯定干不了。知识分子：说到未来的工作，你还有什么样的目标或计划吗？李文辉：我们在做基础研究，也在和临床结合。临床科学试验很复杂，需要基础和转化科学在关键的步骤上支持和指引。临床试验十分重要，也更费时费力，相对于基础研究，花费也要多几个数量级的。但是到一定阶段以后，它就像是相当于车开到了公路上，这时候让有丰富经验的职业驾驶员驾驶往前冲就行了。公路上飙车我觉得当然刺激，相比而言，我更喜欢探索性强的一些工作。所有的科学都需要有人做，但是人的心理、思考的深度，还有心理建设、体力，都会对结果有影响。知识分子：NTCP的结构现在有了，但是乙肝病毒的结构还没有人解出来是吗？李文辉：是的，NTCP的结构历经10年，最后有4家国外科研机构解出来了。乙肝病毒的结构还没有人解出来。其实从我在做研究生的时候，就知道有人在解乙肝病毒的结构，到现在一直也只有小的结果在出来，但是没有把它完全搞清楚，因为它确实难。李文辉：也可能，技术边界可能还没达到。但是要做事情，你不能够老是等技术完全成熟了再去做吧，技术有七八成的时候，往上再走两步，就可以起带动作用了。如果技术完全成熟，做一个成一个，那还有什么意思？没什么挑战，你肯定成啊。所以像我们课题组，这种基本上说大概有一半以上成功率的课题，我们都不做。
原文链接：未来科学大奖得主李文辉：敢于挑战看似不可能的问题
