做科學(xué) 勇敢些

前段時(shí)間看到饒毅老師發(fā)的 “這是我們目前主流狀況：冒險(xiǎn)第一不行，第二很多”，我感覺很有意思。這句話看上去是在“罵人”，其實(shí)充滿了贊揚(yáng)，也包含著更高的期許。當(dāng)然，在討論前，我要把主題特異到“生物醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究”這個(gè)方向，這個(gè)是我大體能懂的專業(yè)，也是一個(gè)非常大的且足夠重要的領(lǐng)域。

先說“充滿了贊揚(yáng)”，“第二很多”說明中國現(xiàn)在的科研在國際上已經(jīng)很有成績了，比起短短十幾年前的狀況，不是進(jìn)步很大嗎？我記得饒毅老師的學(xué)生蔣輝（現(xiàn)任北京生命科學(xué)研究所的研究員），在2005年發(fā)表了21世紀(jì)以來中國第一篇Cell，現(xiàn)在每年發(fā)表的Cell有多少？恐怕是不計(jì)其數(shù)，這是非常大的進(jìn)步。

第二是“更高的期許”，難道我們僅僅滿足于發(fā)表了很多Cell，很多Nature和Science就沾沾自喜？我們跟國際，或者具體一點(diǎn)，跟美國相比，生物醫(yī)學(xué)研究的水平可以匹敵了嗎？或者更直接一點(diǎn)，有多少“諾貝爾獎(jiǎng)”級別的研究？顯然沒有很多！也就是說我們做“normal science”是很好的，但是缺乏冒險(xiǎn)精神，不會做一些風(fēng)險(xiǎn)高而又重要的課題，和美國比相差很多。那我們是不是應(yīng)該做得更好一點(diǎn)，用美國“最好的研究”，而不僅僅是頂刊文章的數(shù)量要求自己，這是一個(gè)期許。

那么，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，什么樣的研究是具有冒險(xiǎn)精神的、“諾貝爾獎(jiǎng)”級別的研究？我們是否能在這些研究中找到一些規(guī)律？我們敢于去冒險(xiǎn)，冒的是什么險(xiǎn)？或者說，真的很險(xiǎn)嗎？我拿2021年諾貝爾獎(jiǎng)關(guān)于溫度和觸覺受體的研究作為例子進(jìn)行一些具體的，技術(shù)的分析，試圖回答上面的問題。

溫度受體的研究中最重要的一篇文獻(xiàn)是“The capsaicin receptor: a heat-activated ion channel in the pain pathway”（Nature, 1997）。這篇文章的思路是，利用辣椒素（capsaicin）能引起熱覺（辣）來克隆可能的溫度覺受體。其中最重要的assay是利用鈣成像來分析，然后利用expression cloning表達(dá)被根神經(jīng)節(jié)（Dorsal Root Ganglion)的分子，從而鑒別辣椒素受體，也就是可能的溫度覺受體。這無疑是一個(gè)很有創(chuàng)意的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也存在著很大的風(fēng)險(xiǎn)。最大的風(fēng)險(xiǎn)就是，體外表達(dá)的cDNA無法復(fù)制體內(nèi)的狀況，從而expression cloning的策略不工作。

David Julius lab的作者面對這樣的風(fēng)險(xiǎn)是如何做的呢？這在其Figure 1第二列里，已經(jīng)基本排除了這種風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)閜ooled DRG cDNA可以使一些轉(zhuǎn)染的293細(xì)胞激活，我認(rèn)為這是David Julius獲得諾貝爾獎(jiǎng)最重要的一幅圖/實(shí)驗(yàn)，能在一個(gè)體系里表達(dá)被激活，下面做的就是按部就班篩選出來，其風(fēng)險(xiǎn)在這幅圖已經(jīng)得到了完美的規(guī)避。

雖然溫度受體得到了鑒定，但是觸覺受體的研究直到2010年仍沒有任何的進(jìn)展。這是個(gè)阻礙了感覺認(rèn)知的重大問題，一直解決不了，它的巨大挑戰(zhàn)性也使得這個(gè)問題成為了“諾貝爾獎(jiǎng)”級別的問題。 觸覺受體研究領(lǐng)域最重要的文獻(xiàn)是2010年Ardem Patapotian lab發(fā)表的 “Piezo1 and Piezo2 Are Essential Components of Distinct Mechanically Activated Cation Channels”。

理論上講，克隆DRG的觸覺受體，同樣可以使用1997年的expression cloning 的方法，實(shí)際上，David Julius lab也是這么做的。他們使用鈣成像做expression cloning （PNAS，2008）, 我在2008年面試Julius lab時(shí)還談過這個(gè)課題。但機(jī)械力敏感通道比capsaicin激活做鈣成像難得多，關(guān)鍵問題是不穩(wěn)定。2008年這篇文章是用一個(gè)膜拉扯細(xì)胞，然后膜復(fù)位，產(chǎn)生一個(gè)鈣的信號，這使得實(shí)驗(yàn)本身很不穩(wěn)定，因而這個(gè)設(shè)計(jì)有很大的問題。在2008年這篇概念性文章后，后續(xù)并沒有課題組真正地克隆出觸覺的機(jī)械力敏感通道。我們再反過來看看那篇最終克隆出Piezo的文章，作者采用了不同的策略，并沒有“路徑依賴”，堅(jiān)持使用鈣成像的方法。

這篇文章采用了另外一個(gè)思路：直接利用電生理記錄，找到一個(gè)具有機(jī)械力敏感電流的細(xì)胞系，反過來利用RNAi Knockdown的方法。電生理記錄比鈣成像做機(jī)械力敏感通道靈敏的多。觸覺本來是在被根神經(jīng)節(jié)（Dorsal Root Ganglion) 發(fā)生的，但是直接在被根神經(jīng)節(jié)（DRG）做RNAi Knockdown，其取材，轉(zhuǎn)染 RNAi Knockdown 質(zhì)粒，其工作量幾乎不可完成，另一種方式是在培養(yǎng)細(xì)胞進(jìn)行電生理，同樣的篩選，其工作量可能只有被根神經(jīng)節(jié)的十分之一，可行性強(qiáng)。

所以整篇文章最大的亮點(diǎn)，其把風(fēng)險(xiǎn)和工作量降到最低的點(diǎn)也是Figure 1A發(fā)現(xiàn)了一個(gè)具有機(jī)械力敏感電流的細(xì)胞系N2A，。有了這個(gè)細(xì)胞并得到這個(gè)結(jié)果，后面就是工作量比較大，但這個(gè)工作是可以完成的，利用RNAi Knockdown篩選出可以使整個(gè)電流下降的基因，這就是一個(gè)很正常的技術(shù)工作，基本是可以做出來的。所以，“諾獎(jiǎng)級”的工作其實(shí)是找出一個(gè)具有機(jī)械力敏感的細(xì)胞系，也就是Fig1A，做出Fig 1A后，后面只是順理成章，也極大地規(guī)避了風(fēng)險(xiǎn)。

總結(jié)這兩個(gè)“諾獎(jiǎng)級”的發(fā)現(xiàn)，作者都是通過篩選基因組，得到一個(gè)重要的分子，溫度或者觸覺的受體；一開始毫無頭緒，看上去風(fēng)險(xiǎn)極大，但通過一些工作量不多的探索性試驗(yàn)后，風(fēng)險(xiǎn)驟然降低，下面的工作看上去就順理成章。把pool DRG轉(zhuǎn)到培養(yǎng)細(xì)胞，看看是否有對辣椒素激活的細(xì)胞結(jié)果，估計(jì)只需要一個(gè)月就能得到確定結(jié)果，篩選具有機(jī)械力敏感電流的培養(yǎng)細(xì)胞，也大體如此估計(jì)也是幾個(gè)月的工作量就可以完成?？梢?，在優(yōu)秀的設(shè)計(jì)后和初步的實(shí)驗(yàn)后，這些看上去極大風(fēng)險(xiǎn)的重要課題，其實(shí)風(fēng)險(xiǎn)很小，兩個(gè)文章Figure 1A中的數(shù)據(jù)，才是科研的精華所在，分析這些之后更可以體會到，做一些“諾貝爾獎(jiǎng)級別”的工作，并不是“那么險(xiǎn)”，并不是“暴虎馮河”，想要過河，即使船還沒發(fā)明出來，我們起碼可以抱著個(gè)木頭過去。

具體到每個(gè)人，只要方法得當(dāng)，做“諾獎(jiǎng)級”的研究，風(fēng)險(xiǎn)可以很小，收獲可以很大。做好的科學(xué)，最大的風(fēng)險(xiǎn)不在于這些技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)，而在于三個(gè)具體的障礙：

第一層障礙，沒動力：不認(rèn)真尋找重要的問題去做，沒有做最好科學(xué)的動力；

第二層障礙，沒信心：找到了重大的問題，克服不了心理障礙勇敢去做，得過且過，保險(xiǎn)起見去做一些看上去風(fēng)險(xiǎn)小的問題。

第三層障礙，沒技巧：做風(fēng)險(xiǎn)大的重要課題，但是沒能通過一些方法降低風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致失敗幾率大。

可以說做科研就像練武功，每個(gè)障礙對應(yīng)一個(gè)層次，克服每個(gè)障礙就提高一個(gè)層次，但克服這些問題最最重要的是——做科學(xué)，勇敢些！