顏寧教授獲2020年佛羅倫斯·薩賓傑出研究獎

關注風雲之聲 提升思維層次

導讀 今年8月，女科學家組織GWIS（Graduate Women in Science）公布了2020年度的榮譽會員獎（共包含三個獎項），將其中的佛羅倫斯·薩賓傑出研究獎（Florence R. Sabin Award for Research Excellence）授予生物學家、普林斯頓大學雪莉·蒂爾曼終身講席教授顏寧，以表彰她在科研領域的傑出貢獻。顏寧教授接受了GWIS LEAD雜誌的深度採訪，暢談了自己的研究工作、職業生涯，以及做導師的心得體會。

翻譯 | 鹹姐

問：您是怎麼想到要研究分子生物學的？

顏：打小學起，我就對顯微鏡下的生命世界特別著迷。《西遊記》裡面有個美猴王，就像蟻人一樣可以隨意變化——可以變得像山一樣大，也可以像蚊子一樣小。我當時就好奇，要是他變得像細胞那麼小，甚至更小，會發生什麼？我想我就是從那個時候開始迷上分子生物學的。 當你想到生命的時候，難道不會驚嘆嗎？什麼是生命？生命，本是由一系列沒有生命的分子所組成，而這些分子卻在不停地進行著驚人的化學和物理反應。生命，它一直遵循著這些反應的規則，卻又是如此獨樹一幟！生命，積極地吸收著養分，然後將養分中的能量轉化為不同的形式，用以驅動自我組織、自我複製、信息更迭等等過程。除了去探索、了解生命的法則，我實在是想不出更有趣的事情了。

問：是什麼激發了您對科研的興趣？

顏：大學的時候我的興趣愛好非常多，但是，當我進入普林斯頓大學分子生物學系，在施一公教授實驗室攻讀博士學位，我就完完全全被科研吸引了。我享受靈活的工作時間，喜歡自由地選擇研究課題，更何況還有「全世界第一個發現」的巨大誘惑。

問：您在研究生時期的最大成就是什麼？您的職業生涯中最有價值的成就又是什麼呢？

顏：研究生期間，我研究了線蟲和果蠅中控制細胞凋亡的通路，闡明了這個通路的生化基礎和結構基礎，並獲得了由《科學》雜誌和美國科學促進會（AAAS）贊助的北美地區「青年科學家獎」。但我相信，真正有意義的成就在於，我提升了批判性思維的能力，養成了自信、樂觀的心態。這樣的能力和心態讓我在過去的二十多年中，無論是事業還是生活都受益匪淺。 至於我的職業生涯，迄今為止最值得稱道的成就大概就是我培養的一批才華橫溢的年輕學者了。

不少人現在已經能獨挑大梁，開始自己的獨立研究項目了。還有，我從不怯於在公共場合為女性科學家說話。很多年輕女性告訴我，看到我，她們變得更加勇敢、更加堅定地自主選擇研究相關的職業，這對我來說真是最有意義的回報。 在研究方面，讓我最自豪的是，我的實驗室第一次發現了人類葡萄糖轉運蛋白GLUT1和GLUT3工作循環的結構基礎。我們也是第一個獲得真核生物電壓門控鈉離子和鈣離子通道結構的實驗室——這可是我們這個領域研究的「香餑餑」。我們的研究有助於更深刻地理解這些膜蛋白的功能和相關的疾病機制，這在生理學、病理生理學和藥理學上都具有重要意義。

顏寧實驗室成員組合照（普林斯頓大學的劉易斯·託馬斯實驗室大樓外 ）

問：可以描述一下您的研究歷程嗎？您是如何選擇最初的研究課題的？它又是怎麼發展成為您現在的研究方向的呢？

顏：儘管我在大學時有過一些暑期研究經歷，但是研究生階段才是我科研之旅的真正起點。輪轉期間，我經歷的所有實驗室都很棒，有很多有趣的研究課題。因此，在三次輪轉之後，我開始仔細分析自己的優缺點。最終，我決定加入施一公教授的實驗室，做癌症相關的凋亡通路，研究通路的生化基礎與結構基礎，因為當時這個領域方興未艾，而且很有趣，並且我認為自己很擅長做生化實驗（事實證明我是對的^_^）。

在成功完成博士論文後，膜蛋白結構研究領域的巨大挑戰吸引了我。因此，博士後階段，我轉向了膜蛋白結構生物學——這是個當時還沒有很多人涉足的領域。

開始自己的獨立研究項目以後，我很自然地就選擇了繼續研究膜蛋白結構生物學，因為這裡面還蘊藏著太多的問題。而在成千上萬個膜蛋白中，我選擇了我所認為具有重大生理和病理生理意義的蛋白，我希望我們既能了解基礎生物學，又能推進對一些疾病機制的理解和相關藥物的開發。

問：可以簡單描述一下您現在的研究嗎？

顏：膜轉運是維持細胞內穩態、轉換不同能量形式、產生和傳遞信號的重要生理過程。化學物質的跨膜運動方式主要有擴散、囊泡轉運、以及蛋白質介導的促進擴散或主動轉運。通過研究典型的通道、單向運輸載體、次級主動運輸載體，我希望揭示膜轉運的基本原理。

冷凍電鏡（cryo-EM）的解析度革命將結構生物學推向了一個新的時代。作為一名結構生物學家，我的科學目標是揭示我感興趣的這些轉運單表和通道在原子解析度水平的動態變化，從而揭示涉及膜轉運的各種生理和細胞過程（包括細胞對葡萄糖的攝取、動作電位的產生、肌肉的興奮-收縮耦合、以及固醇和脂類的細胞內穩態）。過去，我們實驗室在闡明人類葡萄糖轉運蛋白（GLUT）和各種真核生物電壓門控鈉/鈣通道（Nav和Cav）的結構方面取得了重大進展。接下來，我們的目標就是獲得這些膜轉運蛋白處於不同工作狀態下的結構，以便能更好地理解脂質是如何調節它們的活性，以及疾病相關的突變是如何削弱它們的正常功能的。此外，基於我們之前已經獲得的內源性鈣離子通道的結構（Cav1.1和 RyR1），我們打算用冷凍電鏡斷層掃描技術來解析由質膜錨定的Cav1.1和肌漿網錨定的RyR1所形成的原位超微結構，以期能在更高的時空解析度下重現肌肉的興奮-收縮耦聯。我相信，這些研究將最終引發細胞內機電耦聯機制的破譯，並促進基於結構的藥物開發。

問：恭喜您最近遞交了冷凍電鏡電壓門控裝置的專利申請！這項技術對您研究電壓門控膜蛋白有什麼幫助嗎？

顏：在獲得了昆蟲、電鰻、兔子、最後是人類的多種電壓門控鈉/鈣通道的結構後，我們的下一個挑戰就是捕捉這些通道的動態結構。顧名思義，隨著細胞膜上的電場的變化，這些電壓門控離子通道會經歷激活、失活、去失活的循環。因此，現在研究所面臨的困難是如何引入電場的作用。經過與工程師和材料科學家的合作，我們發明了這種裝置，希望能進一步革新單粒子冷凍電鏡，這將是探索結構生物學的最強大工具。

問：目前在研究生物分子的構象變化方面有哪些挑戰？您對克服這些困難有何建議？

顏：一個很大的問題是缺乏有力的工具。生物分子只有微觀大小，直接將其「可視化」是極具挑戰的。X射線晶體衍射、冷凍電鏡以及核磁共振是目前的主流方法，但是這些方法通常產生的都是靜態圖像，而無法顯示動態的分子。其他方法如單分子螢光共振能量轉移（FRET）和光譜法又不夠直接。因此，我們需要更強大的工具和探針來揭示生物分子的構象變化。交叉學科的技術已經為生物醫學研究做出了巨大的貢獻，我相信，不同學科的科學家和工程師相互合作，將是克服這些困難的關鍵。

問：您的研究將如何進一步闡明脂質調節和代謝？

顏：這是一個我研究了十多年的領域，但是由於技術上的局限性，進展遠比GLUT和離子通道的研究要慢得多。一方面，我們闡明了NPC1和NPC2介導的膽固醇從溶酶體和晚期胞內體中釋放的結構和機制；另一方面，我們一直在試圖闡明SREBP通路（控制固醇類和脂質的細胞內穩態的中心樞紐）的結構基礎。我們已經在酵母中解析出了該通路中幾個分子的結構域，現在，我們正在集中力量解析相關的人源蛋白，以揭示細胞維持膽固醇和脂類穩態的調控機制。

問：您的研究能幫助哪些群體，或哪些研究領域/學科呢？

顏：某些心血管疾病、疼痛症候群和神經系統疾病的患者將受益於我們的研究。我們的研究為尋找治療靶點奠定了計算機生物學和生物物理學的基礎。更重要的是，我們發現的許多結構將促進藥物的開發。

問：在理工科領域，「女性支持系統」對中小學生、繼續教育學生和年輕專業人士會有什麼樣的影響？

顏：有許多歷史的和文化的因素，例如，認為女性應該更多地承擔照顧家庭、做家務的責任等等，往往導致女性被理工科領域勸退。此外，儘管男女兩性的天賦相當，但女性在理工科領域成功的比例卻很低，我認為這也是一個負面因素。女性支持系統將為女性創造更多機會，讓她們認識到自己是多麼強大和聰明，還能鼓勵年輕的專業人士更加自信。此外，女性確實面臨著一些獨有的問題，這些問題不僅需要在女性支持系統內，而且需要在更廣闊的範圍內被承認、被公開討論，才能得到解決。

問：您對女性將來在理工科領域的教育、機會和參與度有哪些構想？

顏：意識很重要。意識到女性在教育、機會和參與程度上面臨著獨特的問題，本身就是一個重要的開始。我很高興地看到，這個問題得到關注後，我們在過去幾年裡取得了一些進展。無疑，積極的討論和行動是有效果的。但我希望這不是一件「趕時髦」的事情，而是我們中的許多人，也許還有更多的人，將在未來很多年都會努力去做的事情。這將需要一生的努力，甚至是幾代人的努力。

問：在您的職業生涯中，您覺得哪些職業發展技巧和方法最有用？

顏：我不太記得我有特別關注過任何職業發展的技巧或方法，但我總是願意與我的導師和同事分享我的困惑和難題。通過與信任的人坦誠相待、積極討論，我總可以更好地評估形勢並做出正確的決定。

問：當您還是個學生，還是個年輕科研人員的時候，您的導師在您職業道路上扮演了什麼樣的角色呢？

顏：我非常慶幸施一公教授是我的博士及博士後導師，他總是給予我支持和鼓勵，讓我覺得自己很有能力，沒有什麼能阻擋我成功。他非常願意與我們分享他的所有經驗教訓，他把實驗室當作一個大家庭，讓實驗室成為一個非常愉快的場所，讓研究變得更加有趣。他把為人師表做到極致，讓我受益匪淺。事實上，他也影響了我做導師的方式。

還有幾位資深的女教授是我的良師益友，她們同樣是我的榜樣，並且一直都很支持我。

問：您認為作為一名導師，最可貴的品質是什麼？

顏：理解和鼓勵吧。不要強迫學生接受自己的建議，而是要選擇傾聽，並一起解決問題。

問：您認為您的職業最大的好處是什麼？

顏：自由。自由地安排工作、自由地選擇項目、自由地選擇合作者和工作團隊。

問：那最大的挑戰是什麼呢？

顏：時間管理。當電子郵件和邀請變得越來越多的時候，管理時間就變得越來越困難。

問：科研工作帶給您哪些通用的技能？其中哪個對您的事業最有幫助？

顏：批判性思維，以及對任何情況都能進行客觀、全面的評估的能力。

問：如果現在有學生或年輕科研人員對您的研究領域感興趣，您會推薦哪些期刊或資源呢?

顏：很多期刊都發表了我們這個領域的研究進展，舉幾個例子，Nature，Science，Cell，PNAS，Molecular Cell，還有eLife，都是很好的綜合類讀物。還有許多在線資源，如iBiology研討會，以及YouTube上關於結構生物學、電鏡和X射線晶體衍射的講座。

問：您平時有什麼愛好或娛樂活動嗎？

顏：旅行，看小說，看電視，寫博客。

問：您想對年輕時候的自己說點什麼？

顏：勇往直前！

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背景簡介：文章2020年8月26日發表於微信公眾號 返樸（顏寧教授獲2020年佛羅倫斯·薩賓傑出研究獎：我最大的成就是培養了一批年輕學者 | 女科學家去哪了），風雲之聲獲授權轉載。

責任編輯：祝陽