诺奖得主凯林实验室“十规诫”:在实验室花的时间和文章量成正比

采访 | 王宜强

责编 | 汤佩兰

近年来,每年十月由诺贝尔奖评选和颁授引起的学界讨论中,都少不了华人科学家的参与。2019年10月7日,发现细胞感知和适应氧气机制的三位科学家获得诺贝尔生理学奖。其中一位是来自哈佛医学院达纳-法伯癌症研究所的威廉·凯林( William G. Kaelin, Jr.)。

回想起在凯林实验室工作的日子,厦门大学附属翔安医院执行院长、厦门大学医学院教授张国君提到最多的一个词就是“严谨”。

“Kaelin管理实验室内开展的研究非常严谨,任何一个实验,都要求有阴性对照和阳性对照,客观严谨地对待实验结果。”张国君告诉《知识分子》。他于1999年8月到2004年12月期间在达纳-法伯癌症研究所凯林实验室从事博士后研究。

张国君告诉《知识分子》,凯林实验室成员甚至将凯林对研究的要求整理出“十条规诫”,现在已经到了2.0版(见下图)。比如,要求在比较差异的时候,首先要鉴别清楚两者是否有可比性,也就是不要把桔子与苹果做比较。“在确保实验条件相同的情况下再去对比。其次强调差别的显著变化,而不是一点点差异,因为后面这种差异,即使有意义,可能意义也不大。”

Kaelin实验室的“十条规诫”

10.世上有两种类型的科学家。一类科学家的噩梦是结果被别人抢发,另一类科学家的噩梦是自己的结论被证明是错误的。你说吧,你想成为哪种类型的?

9.你在实验室花费的时间和你的文章数量几乎成正比。

8.除非另有其他证明,所有合适表型的失去都可能是脱靶了。

7.你这儿展示的是模拟结果,但是你需要的是数字结果。(潜台词:数据的级别还不够)。

6.挽救实验在哪里???(意思是当年你完成某基因的过表达或者敲出(减)实验时,一定要再做表达回来的挽救实验)。

5.稳定性和可重复性可不是一回事哦。(潜台词:再可靠的数据也需要具备可重复性)。

4.这些数据的最简单解释是什么?

3.“你的实验仅仅和你的对照一样强”潜台词就是“没有什么比空白印迹更让人忧伤的了”。

2.“你要相信我,因为我已经研究这个-年了”请用现在的年份减去1992,然后填空。(意思是Kaelin教授从1992年起就开始从事该领域研究)。

1.“你的蜜月结束了哦”**提示:蜜月持续了一年了……(潜台词:以后就不客气了,苦日子也就来了)。

除了“十条规诫”,张国君还介绍了凯林的研究工作。让我们跟随下面的专访一起了解吧。

《知识分子》:你是什么时候得知 Kaelin教授获奖的?

张国君:我第一时间是在Kaelin实验室的微信群里获知这个消息的。我从1999年的8月份到2004年12月,在Kaelin实验室从事博士后研究,离开Kaelin实验室之后包括我回国之后都依然和Kaelin教授以及Kaelin实验室的新老成员们保持着密切的联系。我们有多种联系方式,包括微信群。得知Kaelin教授获奖时,我正在跟我的助手整理将在10月底一个学术会上报告要用的PPT,听到这个消息之后我非常高兴,很激动也很自豪,因为毕竟也在这个领域贡献过自己的精力和时间。

张国君与博士后导师凯林。图片由受访者提供。

HIF是个双刃剑

《知识分子》:你在Kaelin实验室时做的是哪方面的工作?你有无参与这次 Kaelin获奖的工作?

张国君:1999年我在日本拿到PhD学位后,联系去美国做博士后研究,当时在同一时间收到了若干个实验室的offer,包括UCSD(注:加州大学圣迭戈分校,University of California,简称UCSD)、UCSF(注:加州大学旧金山分校,University of California,简称UCSF),还有NIH(美国国立卫生研究院)等。最终选择Kaelin实验室,是考虑到我在日本从事p53相关研究工作,并且已经取得一定的重要进展,而Kaelin实验室当时的研究重点之一是p53的同源蛋白p73。

Kaelin实验室的研究主要集中在三个领域,第一个是p73,第二是VHL,第三是RB。我进入他实验室后负责的主要课题是关于生物传感器(biosensor)的研究,基于课题组前期RB相关的工作基础,构建了p27luc荧光素酶,不仅可检测CDK2的活性,还可以监测CDK2抑制剂flavopiridol的药代动力学特点和疗效,相关研究成果发表在2004年的《自然医学》(NatureMedicine)[1],这种方法也收入了方法学领域的重要杂志《酶学方法》(Methods Enzymol)中[2]。当然同一实验室内课题彼此之间不是截然分开的,有些愿意多做的人就可以涉及不同的课题。比如我在完成自己负责的课题外,还参与另一位华人学者魏文毅(现为哈佛医学院教授)为主负责的关于课题中,文章发表在《自然》(Nature)上[3]。也就是在这一时间段,Kaelin实验室已经把VHL的工作与HIF联系起来,也就是这次Kaelin获诺奖的标志性论文的内容[4],我参与的关于VHL-HIF通路作用机制的相关研究后来发表在PNAS[5]和AJP上[6]。我们发现了多聚氨小分子,能够阻断HIF和DNA之间的结合,抑制其转录激活作用,在功能上相当于HIF的抑制剂。

关于HIF的作用机制最近已有不少学者谈到我就不再赘述,但想强调的是Kaelin当时不仅在哺乳动物水平,还在植物细胞进行了精致的对照研究。还要指出的是,HIF是个双刃剑,一方面其水平升高后可促进肿瘤生长,但是对于一些慢性贫血或者去高原的乏氧的人来讲,无论是生理还是病理的条件下,它的升高可以刺激促红细胞生成素,纠正贫血,保证体内重要器官的氧供应。这也是罗沙司他,全球首个口服低氧诱导因子脯氨酰羟化酶抑制剂(HIF-PHI)的工作原理。

“严谨”“严谨”“严谨”

《知识分子》:Kaelin管理实验室的风格是什么样的?回想在Kaelin实验室的时光,让你印象最深的是什么?

张国君:Kaelin管理实验室内开展的研究非常严谨,任何一个实验,都要求有阴性对照和阳性对照,客观严谨地对待实验结果。比如大家总结出了Kaelin实验室的Top Ten Kaelinisms规条,我们把它叫做“Kaelin实验室的十条规诫”,现在已经到了2.0版,其中一条就是“The experiment is only as strong as your controls”。另外在比较差异的时候,首先要鉴别清楚两者是否有可比性,也就是不要把桔子与苹果做比较。在确保实验条件相同的情况下再去对比。其次强调差别的显著变化,而不是一点点差异,因为后面这种差异,即使有意义,可能意义也不大。

《知识分子》:在你们眼里,Kaelin是一个什么样的人?

张国君:Bill(William的昵称)是个严谨、以身作则的优秀导师,同时又是热爱生活、照顾家庭的好父亲、好丈夫。Kaelin教授桃李满天下,他培养的学生不仅分布在美国各大知名大学和研究机构,也有的在加拿大、西班牙、日本、韩国、中国等。在一开始的职业生涯中,他对自己的职业定位是临床医生,并曾在约翰·霍普金斯大学和达纳-法伯癌症研究所接受了内科学和肿瘤学的专业培训,这些培训让他思考问题总是能够从临床出发,无论是研究VHL-HIF还是RB,都跟疾病相关。他做事严谨,就像上面讲到的他要求任何一个实验都要有阴性对照和阳性对照。另外他是个勤奋的学者,并希望他的学生和同事也能具有这样的学术作风。他每周末都会去实验室,平时晚上也很晚才回家。Kaelin规条中还有一条就是“There is an almost liner correlation between hours at the bench and number of papers”(工作时间和论文数量之间几乎存在线性相关)。

Bill的妻子Carolyn是一名优秀的乳腺癌专业医生,也是一位贤妻。每当Bill收获荣誉,无论多忙,她都陪伴在其身边分享喜悦,他们共同把一对儿女培养成耶鲁大学的优秀毕业生。但遗憾的是,在2015年Carolyn却因脑瘤和乳腺癌离世。Carolyn生前曾多次参加泛麻省公益自行车赛(Pan-Mass Challenge),以帮助达纳-法伯癌症研究所募集经费。爱妻的离去让Bill更加切身体会到癌症患者家属的痛苦,也让他越发明白基础研究的重要性。因为我自己也是一位乳腺外科医生,跟Carolyn是同行,所以她的离世也提醒我们在关注女性乳腺健康方面,还有更多路要走。

氧感知研究被诺奖认可太早了吗?

《知识分子》:你觉得氧感知领域为何被诺奖委员会认可?有人认为这个领域过早被诺奖认可了,你怎么看?

张国君:无论是在生理还是病理条件下,氧感知和调控对人体至关重要,不仅促进了对疾病发病机理的了解,也为我们了解氧水平如何影响细胞代谢和生理功能奠定了基础,另外他们的发现也为纠正贫血、抗击癌症和许多其他疾病提供了新策略。我想这个原因促成了诺奖委员会的认可。

有人认为这个领域过早被诺奖认可,我不认同这个观点。首先从1995年HIF1第一次被克隆,迄今为止已有二十多年的历史,而且跟它相关的有很多临床药物,比如说抗肿瘤药物-贝伐单抗,还有2018年在中国上市的罗沙司他,都说明这个领域的重要性。而且Kaelin在2016年初就获得了有“诺贝尔奖风向标”之称的拉斯克基础医学奖。所以不是过早,我甚至认为应更早地得到认可。

《知识分子》:你目前主要是专注于哪一研究领域?跟Kaelin实验室有无合作?

张国君:除了做好临床工作外,目前我的团队主要研究方向仍然是围绕肿瘤的发病机制、防治策略、监控等方面开展。大致包括泛素化蛋白酶体途径影响Notch3蛋白稳定性、分子影像学与靶向细胞周期抗肿瘤药物疗效监测、多模态分子影像技术应用于恶性肿瘤的外科手术导航等,特别是乳腺癌前哨淋巴结活检和外科手术切缘判定。其实三个课题方向都可以说是我在Kaelin教授课题组时从事的研究方向的延伸,可以说,我在Kaelin实验室所受的学术训练,不但让我拥有了扎实的工作基础和丰富的研究经验,也让我学会如何捕捉具有重要学术意义和深度的学术问题,从而奠定了自己现在的研究方向。我们已经知道Kaelin报道VHL蛋白可以通过氧依赖的蛋白水解作用负性调节HIF-1,这一作用即是泛素化蛋白酶体途径。

我们目前利用高通量手段筛选潜在的Notch3的泛素化连接酶并探究其具体降解途径。另外根据我当时在Kaelin实验室掌握的技术策略,比如监测CDK2抑制剂flavopiridol的药代动力学特点和疗效,创新设计和合成了靶向CDK4/6的多模态分子影像探针,特异性地评估以palbociclib为代表的细胞周期特异性靶向药物的抗肿瘤疗效。相关研究已于去年获得国家自然科学基金重大研究计划的立项支持。这些研究内容,Kaelin教授也都很感兴趣,他前年到我实验室访问,与我的团队成员进行了非常深入的交流探讨,就这些研究的意义和应用前景都给予了充分的肯定。

2017年Kaelin到访张国君实验室时与课题组人员交流并“观摩”学生实验操作。本图由受访者提供。

科研可以造福人类

《知识分子》:HIF抑制剂罗沙司在中国获批上市,你如何看待科研从基础到应用的过程?

张国君:罗沙司是全球首个口服低氧诱导因子脯氨酰羟化酶抑制剂(HIF-PHI),于2018年12月获得国家药品监督管理局(NMPA)的上市批准,用于慢性肾脏病透析患者的贫血治疗,近日又获得NMPA新适应症批准,适用于非透析依赖性慢性肾病的贫血治疗。

最近,Peloton公司开发的HIF-2alpha特异性的抑制剂已经进入肾癌临床试验的后期,并且已经知道效果显著,相信其被批准上市也指日可待。有关HIF通路靶向药的一系列利好消息,说明了低氧信号通道领域已经逐步实现从基础到临床转化。不论这一科研领域,还是其他领域,随着科研成果的累积,相信越来越多的科学家会主动推动他们的科研成果转化。虽然这一过程艰巨,但这激发了科研工作者的热情,科研成果不再是冰冷的实验结果,而是鲜活的可能会造福于人类的救命药物。从这个角度讲,像Kaelin这样的医生和他的机构,以及无数像我这样同时在临床和实验室工作的学者,都有更深的体会。

王宜强为厦门大学附属翔安医院科教部主任,本采访《知识分子》编辑部和王宜强共同完成。

李济伟、白静雯、黄浩对本文亦有贡献

1. Zhang GJ, Safran M, Wei W, Sorensen E, Lassota P, Shapiro G, Zhelev N, Kaelin WG Jr. Bioluminescent imaging of CDK2 inhibition in vivo. Nature Medicine, 2004; 10:643-8.

2. Zhang GJ, Kaelin WG Jr. Bioluminescent imaging of ubiquitin ligase activity: measuring Cdk2 activity in vivo through changes in p27 turnover. Methods Enzymol. 2005; 399:530-49.

3. Wei W, Ayad NG, Wan Y, Zhang GJ, Kirschcner MW, Kaelin WG Jr. Degradation of the SCF component Skp2 in cell-cycle phase G1 by the anaphase-promoting complex. Nature, 2004; 428:194-8.

4. Ivan M, Kondo K, Yang H, Kim W, Valiando J, Ohh M, Salic A, Asara JM, Lane WS, Kaelin WG Jr. HIFalpha targeted for VHL-mediated destruction by proline hydroxylation: implications for O2 sensing. Science. 2001; 292:464-8.

5. Olenyuk BZ, Zhang GJ, Klco JM, Nickols NG, Kaelin WG Jr, Dervan PB. Inhibition of vascular endothelial growth factor with a sequence-specific hypoxia response element antagonist. Proc Natl Acad Sci U S A. 2004; 101:16768-73.

6. Nakamura E, Abreu-e-Lima P, Awakura Y, Inoue T, Kamoto T, Ogawa O, Kotani H,

Manabe T, Zhang GJ, Kondo K, Nosé V, Kaelin WG Jr. Clusterin is a secreted marker for a hypoxia-inducible factor-independent function of the von Hippel-Lindau tumor suppressor protein. Am J Pathol. 2006; 168:574-84.